Диалоговое окно синтеза пассивных фильтров

Функция синтеза пассивных фильтров выбирается из меню DESIGN. Выбор указанного пункта меню вызывает появление следующего диалогового окна (рис. 9.14).

Рис. 9.14 - Диалоговое окно синтеза пассивных фильтров и его закладка Design

Диалоговое окно имеет 3 основные закладки, доступ к которым осуществляется мышью или с помощью нажатия <ТАВ>.

Design. Эта закладка позволяет выбрать тип фильтра (ФНЧ, ФВЧ...), спецификации и тип характеристики (Батерворта, Чебышева и т.д.). Каждый раз, когда вы делаете выбор в каждой группе параметров в нижнем правом углу меняется число звеньев, расположение полюсов и нулей, величина добротности Q. Можно редактировать частоты полюсов F0 и добротность Q0 для подгонки формы частотной характеристики.

Implementation. Эта закладка позволяет выбрать реализацию пассивного фильтра, включая и используемую схему. Также она позволяет выбрать, будут ли использоваться точные значения пассивных компонентов или приближенные (в том числе и их комбинации) из стандартных рядов, надо ли производить масштабирование величин, выбирать сопротивление источника сигнала и нагрузки.

Options. В этой закладке выбирается точность и способ представления используемых пассивных компонентов, графики для построения при нажатии панели Bode, сохранение синтезированного фильтра в виде макромодели или схемы, перенос результатов синтеза в текущую схему или создание новой.

Design

Закладка Design (рис. 9.14) содержит 3 секции:

Туре: В этой секции Вы можете выбрать один из основных типов фильтров:

• • Low pass (ФНЧ);
• • High pass (ФВЧ);
• • Bandpass (Полосовой);
• • Notch (Заграждающий).

Response: В этой секции Вы можете выбрать математическую аппроксимацию идеального фильтра:

• • Butterworth (Батерворта);
• • Chebyshev (Чебышева);
• • Elliptic (Эллиптический).

Различные аппроксимации требуют различных компромиссов при конструктивной реализации. Фильтры Батерворта требуют больших схемотехнических затрат для реализации заданных параметров, но имеет приемлемое изменение времени задержки. Аппроксимации полиномами Чебышева требуют меньшего количества звеньев, но имеют более заметные изменения времени задержки. Число звеньев для реализации фильтра показано справа от типа аппроксимации.

Specifications. Здесь вводятся численные значения параметров для выбранного фильтра. Имеются два способа задания параметров фильтра Mode 1 и Mode 2. В режиме Mode 1 указываются функциональные характеристики фильтра, такие как коэффициент передачи в полосе пропускания, частота среза, граничные частоты полос задержания Fs, ослабление в полосе задержания. Указывается весь список параметров, которые хотят получить от готового фильтра, а программа вычисляет количество звеньев фильтра, требуемых для их достижения, используя выбранную аппроксимацию. В режиме Mode 2 задаются лишь основные параметры и число звеньев.

Poles and Zeros. Эта секция показывает численные значения полюсов, нулей (для эллиптических фильтров) и добротности Q0 выбранной полиномиальной аппроксимации. Она, в сущности, представляет математическое описание фильтра. Если вносятся изменения в поля типа фильтра (Туре), аппроксимации (Response) и параметров (Specifications), то программа заново вычисляет полиномиальные коэффициенты и обновляет значения этой секции. Если с помощью нажатия соответствующих кнопок выведены графики (диаграммы Боде, переходная, импульсная характеристики) для идеального фильтра, программа также перерисовывает заново и их графики.

График является идеализированной характеристикой, поскольку он вычисляется по стандартной полиномиальной формуле для выбранной реализации, причем рассчитанные величины F0 и Q0 доступны для редактирования. Этот график может быть реализован в точности только при наличии совершенных компонентов. Реальный фильтр, изготовленный из реальных компонентов, может вести себя по-другому. После синтеза фильтра можно запустить анализ и посмотреть, насколько полученный фильтр соответствует заданной характеристике. Реальная схема может быть выполнена на компонентах из ограниченного перечня стандартных катушек и конденсаторов. При этом номиналы реальных компонентов будут лишь приближенно равны рассчитанным, поэтому могут сильно изменять ход частотной характеристики синтезированного фильтра.

При нажатии кнопки Bode выводятся графики частотных характеристик (рис. 9.14) для коэффициента передачи, фазы и групповой задержки (в одном графическом окне или в разных окнах). Возможен вывод графика лишь одной из указанных величин при соответствующих установках в закладке Options.

Можно также вывести переходную и импульсную характеристики фильтра при нажатии панелей Step и Impulse соответственно (рис. 9.15).

Implementation

Эта закладка диалогового окна (рис. 9.15) позволит выбрать, как осуществить конструктивную реализацию фильтра. Она имеет несколько основных секций.

Рис. 9.15 - Закладка Implementation окна синтеза пассивных фильтров Circuit. Эта секция позволяет указать, надо ли использовать при реализации фильтра стандартные пассивные LC-цепи или их дуальные эквиваленты.

Resistor Values. Эта секция позволяет указать, следует ли использовать точные значения исходных сопротивлений или выбирать их из указанного файла, содержащего стандартные ряды. Причем во втором случае можно использовать для каждого резистора отдельный стандартный компонент (Single Part) либо их комбинацию в виде параллельно-последовательного соединения (Combinations). Это относится только к единственному номиналу исходного сопротивления, указанного в позиции Source/Load Resistor.

Capacitor Values. Эта секция позволяет указать, как следует выбирать конденсаторы для реализации фильтра. Работает аналогично секции Resistor Values.

Inductor Values. Эта секция позволяет указать, как следует выбирать катушки индуктивности для реализации фильтра. Работает аналогично секции Resistor Values.

Preferences Combinations. Позволяет выбрать опции при реализации фильтра на одиночных пассивных компонентах или на их комбинациях в виде последовательно-параллельного соединения. В открывающейся при нажатии на эту панель закладке пользовательских предпочтений Preferences, можно указать точность компонентов и файлы рядов номиналов.

Impedance Scale Factor (масштабный множитель полного импеданса). Эта секция позволяет указать масштабный множитель, применяемый ко всем величинам пассивных компонентов. На этот коэффициент умножаются сопротивления всех резисторов и индуктивности всех катушек, и делятся емкости всех конденсаторов. Коэффициент не оказывает влияния на форму частотной характеристики, а используется для подгонки величин компонентов к более подходящим практическим величинам.

Source/Load Resistor. Секция позволяет указать значение активного сопротивления источника сигнала и нагрузки для синтезируемого фильтра. Если выбрана опция Exact в соответствующей секции, величина сопротивления после умножения на масштабный коэффициент будет использована для резисторов в схемной реализации. Если опция Exact в соответствующей секции не установлена и выбирается файл с рядами резисторов, то из ряда выбирается резистор с сопротивлением наиболее близким к указанному и используется в схемной реализации.

Options

Эта закладка имеет аналогичное содержание и использование соответствующей закладке диалогового окна синтеза активных фильтров (см. рис. 9.5).

Позволяет устанавливать величины компонентов и числовой формат для коэффициентов выбранного полинома, определять какие графики строить и как, создавать ли фильтр в виде схемы или макромодели, куда помещать синтезированную схему в текущий схемный файл или в новый, добавлять ли в заголовок текст, указывающий тип полинома.

Контрольные вопросы

• 1. Для каких целей можно использовать синтез активных и пассивных фильтров?
• 2. Какие типы фильтров могут быть синтезированы в программе Micro-Cap?
• 3. На основе каких звеньев синтезируется активный фильтр нечетного порядка?
• 4. На основе каких звеньев синтезируется фильтр четного порядка?
• 5. На основе каких звеньев синтезируются пассивные фильтры?
• 6. По каким параметрам производится синтез фильтра нижних частот?
• 7. По каким параметрам производится синтез фильтра верхних частот?
• 8. По каким параметрам производится синтез полосового фильтра?
• 9. По каким параметрам производится синтез заграждающего фильтра?
• 10. К чему приводит наличие разброса параметров компонентов при построении фильтров высокого порядка?
• 11. Как при синтезе фильтров учитывается наличие рядов номинальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов?
• 12. Как и для чего используется функция Implementation?