Filtre: Rozdiel medzi revíziami

Z Kiwiki
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Riadok 23: Riadok 23:
 
</div>
 
</div>
  
−
==História zmien==
 
 
==Opis aplikácie Filtre==
 
==Opis aplikácie Filtre==
 
Aplikácia Filte slúži pre jednoduchý návrh parametrov frekvenčných filtrov. Aplikácia podporuje návrh nasledujúcich typov filtrov:
 
Aplikácia Filte slúži pre jednoduchý návrh parametrov frekvenčných filtrov. Aplikácia podporuje návrh nasledujúcich typov filtrov:
Riadok 35: Riadok 34:
 
# zadať hraničnú frekvenciu filtra,
 
# zadať hraničnú frekvenciu filtra,
 
# zadať hodnotu kapacity kondenzátora použitého v schéme.
 
# zadať hodnotu kapacity kondenzátora použitého v schéme.
−
Aplikácia Filtre následne vypočíta hodnoty všetkých odporov v schéme. Následne je možné na základe vypočítaných hodnôt odporov vybrať reálne hodnoty odporov zo známych rád E12 alebo E24:
+
Aplikácia Filtre následne vypočíta hodnoty všetkých odporov v schéme. Následne je možné na základe vypočítaných hodnôt odporov vybrať reálne hodnoty odporov zo známych rád E12 alebo E24 (pozri časť [[Filtre#Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov|Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov]]).
−
 
 
−
'''Štandardné hodnoty rezistorov a kapacít'''
 
−
Rada E-12:
 
−
1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 8.2
 
−
 
−
Rada E-24:
 
−
1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2
 
  
 
Reálnu hodnotu odporu je možno vybrať 3 spôsobmi:
 
Reálnu hodnotu odporu je možno vybrať 3 spôsobmi:
Riadok 99: Riadok 91:
  
 
V grafe je možno zobraziť buď prenosovú funkciu, fázovú charakteristiku alebo rozdiel prenosových funkcií filtra s presnými a reálnymi súčiastkami. Zobrazované grafy sú v logaritmickej mierke. Pre podrobnejší náhľad grafu v oblasti žiadanej frekvencie filtra sa dá prepnúť na detailný náhľad, kedy sa v grafe zobrazí blízke okolie žiadanej frekvencie.
 
V grafe je možno zobraziť buď prenosovú funkciu, fázovú charakteristiku alebo rozdiel prenosových funkcií filtra s presnými a reálnymi súčiastkami. Zobrazované grafy sú v logaritmickej mierke. Pre podrobnejší náhľad grafu v oblasti žiadanej frekvencie filtra sa dá prepnúť na detailný náhľad, kedy sa v grafe zobrazí blízke okolie žiadanej frekvencie.
 +
{|
 +
| [[Súbor:Filtre app 4.png|400px]]
 +
| [[Súbor:Filtre app 3.png|400px]]
 +
|-
 +
| Prenosová funkcia
  
−
[[Súbor:Filtre app 3.png|400px]]
+
| Detail prenosovej funkcie
 +
|-
 +
| [[Súbor:Filtre app 5.png|400px]]
 +
| [[Súbor:Filtre app 6.png|400px]]
 +
|-
 +
| Fázová charakteristika
 +
| Možnosti zobrazenia grafu - prístupné po tapnutí na ikonu v pravom hornom robu boxu
 +
|}
  
 
Zobrazenie prenosovej funkcie v detailnom režime, keď je zobrazený prenos filtra s vypočítanými hodnotami resistorov a s vybranými hodnotami rezitorov. Na obrázku vidieť, že nevhodným výberom súčiastok sa frekvencia dolnopriepustného filtra posunula z 500Hz na 525Hz.
 
Zobrazenie prenosovej funkcie v detailnom režime, keď je zobrazený prenos filtra s vypočítanými hodnotami resistorov a s vybranými hodnotami rezitorov. Na obrázku vidieť, že nevhodným výberom súčiastok sa frekvencia dolnopriepustného filtra posunula z 500Hz na 525Hz.
Riadok 106: Riadok 110:
  
 
===Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov===
 
===Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov===
 +
Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov pozostáva z 4čatí:
 +
# určenie radu odporov,
 +
# výber hodnoty jednotlivých odporov,
 +
# výsledné prepočty v prípade automatického výberu odporov,
 +
# pomocník k použitým pojmom
  
 +
[[Súbor:Filtre app 7.png|600px]]
 +
 +
 +
1) Blok "''Použitá rada''"
 +
 +
Podľa toho, akú radu rezistorov máme k dispozícii (E12, resp. E24) je potrebné vybrať jednu možnosť. Rada E12 obsahuje 12 základných hodnôt a rada E24 obsahu 24 hodnôt. Výsledná hodnota odporu je súčin základnej hodnoty a násobku dekády.
 +
 +
Štandardné hodnoty rezistorov a kapacít
 +
Rada E-12:
 +
1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 8.2
 +
 +
Rada E-24:
 +
1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2
 +
 +
 +
2) Blok "''Zadaj hodnoty odporov''"
 +
 +
Ku každému odporu je v stĺpci "Vypočítané" zobrazená ideálna hodnota, ktorá bola vypočítaná pomocou matematického modelu. Cieľom je vybrať čo najbližšiu hodnotu odporu, aby sa filter s reálnymi súčiastkami čo najviac podobal navrhnutému filtru. Spôsob, akým sa vyberá žiadaný odpor sa definuje v stĺpci "Typ R". K dispozícii sú 3 spôsoby:
 +
* priame zadanie základnej hodnoty odporu (dekáda sa určí automaticky),
 +
* náhradné zapojenie 2 rezistorov zapojených do série,
 +
* náhradné zapojenie 2 rezistorov zapojených paralelne.
 +
Podrobnejšie o tomto výbere hovorí blok nápovedy "Spôsob výpočtu".
 +
 +
 +
3) Blok "''Výsledné hodnoty odporov''"
 +
 +
Prehľad vybraných hodnôt rezistorov. Tento pohľad je vhodný najmä pri automatickom výbere hodnoty odporu pomocou 2 sériovo/paralelne zapojených odporov. Tieto náhradné odpory sú označené Ra, resp. Rb
 +
 +
 +
4) Blok "''Spôsob výpočtu''"
 +
 +
Pri zadávaní spôsobu určovania odporov máme k dispozícii:
 +
{|
 +
| 1.
 +
| [[Súbor:Filtre typR x.png]]
 +
| Manuálny výber odporu. Výsledný odpor bude určený jedným vybraným rezistorom s označením Ra
 +
|-
 +
| 2.
 +
| [[Súbor:Filtre typR serial.png]]
 +
| Automatický režim. Výsledný odpor sa automaticky vypočíta z dvoch sériovo zapojených rezistorov. Použitie: pri klasických súčiastkách.
 +
|-
 +
| 3.
 +
| [[Súbor:Filtre typR parallel.png]]
 +
| Automatický režim. Výsledný odpor sa automaticky vypočíta z dvoch paralelne zapojených rezistorov. Výhodné pri použití SMD súčiastok.
 +
|}
  
 
==Dokumentácia k použitým filtrom==
 
==Dokumentácia k použitým filtrom==
 
===Low pass filter===
 
===Low pass filter===
 +
Slovenský názov filtra: '''dolná priepusť'''
 +
 +
;Opis filtra: Topológia filtra je typu Salen-Key<ref name="salenmkey">http://en.wikipedia.org/wiki/Sallen%E2%80%93Key_topology</ref> s charakteristikou filtra Butterworth <ref name="butterworth">http://www.tedpavlic.com/teaching/osu/ece327/lab7_proj/lab7_proj_procedure.pdf</ref>. Topológia Salen-Key sa používa na implementáciu aktívneho filtra druhého rádu. Výhodou tohto filtra je jeho jednoduchosť.
 +
 +
[[Súbor:lpf_01.png|náhľad|Schéma zapojenia dolnopriepustného filtra]]
 +
 +
{|
 +
| Prenosová funkcia:
 +
|
 +
<math>
 +
H(s)=\frac{1}{\frac{s^2}{\omega_0^2}+\frac{s}{\omega_0Q}+1}
 +
</math>
 +
|-
 +
| Kvalita filtra Q:
 +
|
 +
<math>
 +
Q=\frac{\sqrt{R_1R_2C_1C_2}}{C_1 (R_1+R_2)}=\frac{\sqrt{2}}{2}
 +
</math>
 +
|-
 +
| Vlastná uhlová rýchlosť:
 +
|
 
<math>
 
<math>
−
H(s)=\frac{1}{\frac{s^2}{\omega^2}+\frac{s}{\omega_0Q}+1}
+
\omega_0=\frac{1}{\sqrt{R_1 R_2 C_1 C_2}}
 
</math>
 
</math>
 +
|}
 +
Kvalita filtra Q definuje tvar frekvenčnej charakteristiky v oblasti frekvencie f0. Parameter Q je nastavený tak, aby bol pri frekvencii f0 pokles zosilenia 3dB.
  
 +
===High pass filter===
 +
Slovenský názov filtra: '''horná priepusť'''
 +
 +
;Opis filtra: Topológia filtra je typu Salen-Key<ref name="salenmkey"/> s charakteristikou filtra Butterworth <ref name="butterworth"/>. Topológia Salen-Key sa používa na implementáciu aktívneho filtra druhého rádu. Výhodou tohto filtra je jeho jednoduchosť.
 +
 +
[[Súbor:hpf_01.png|náhľad|Schéma zapojenia hornopriepustného filtra]]
 +
 +
{|
 +
| Prenosová funkcia:
 +
|
 
<math>
 
<math>
−
Q=\frac{1}{\sqrt{R_1R_2C_1C_2}}
+
H(s)=\frac{s^2}{s^2+\frac{\omega_0}{Q}s+\omega_0^2}
 
</math>
 
</math>
 +
|-
 +
| Kvalita filtra Q:
 +
|
 +
<math>
 +
Q=\frac{\sqrt{R_1R_2C_1C_2}}{R_2 (C_1+C_2)}=\frac{1}{\sqrt{2}}
 +
</math>
 +
|-
 +
| Vlastná uhlová rýchlosť:
 +
|
 +
<math>
 +
\omega_0=\frac{1}{\sqrt{R_1 R_2 C_1 C_2}}
 +
</math>
 +
|}
  
−
===High pass filter===
 
 
=== [[Narrow band pass filter]] ===
 
=== [[Narrow band pass filter]] ===
 +
Slovenský názov filtra: '''priepusť frekvencie'''
 +
 +
;Opis filtra: Topológia filtra je odvodená od filtra Deliyannis. Parameter Q je nastavený na hodnotu 10. Zosilnenie filtra má taktiež hodnotu 10
 +
 +
[[Súbor:Nbpf_01.png|náhľad|Schéma zapojenia filtra frekvenčnej priepuste]]
 +
{|
 +
| Prenosová funkcia:
 +
|
 +
<math>
 +
H(s)=G\frac{\frac{\omega_0}{Q}s}{s^s+\frac{\omega_0}{Q}+\omega_0^2}
 +
</math>
 +
|-
 +
| Kvalita filtra Q a zosilenie filtra G:
 +
|
 +
<math>
 +
G=Q=\frac{R_3+R_4}{2R_1}=10
 +
</math>
 +
|-
 +
| Vlastná uhlová rýchlosť:
 +
|
 +
<math>
 +
\omega_0=\frac{1}{\sqrt{R_A R_B C_1 C_2}}
 +
</math>
 +
 +
<math>
 +
R_A=\frac{R_1 R_2}{R_1+R_2}
 +
</math>,
 +
<math>
 +
R_B=R_3+R_4
 +
</math>
 +
|}
 
===Wide band pass filter===
 
===Wide band pass filter===
 
===Notch filter===
 
===Notch filter===
Riadok 128: Riadok 258:
 
=== [[Kondenzátory]] ===
 
=== [[Kondenzátory]] ===
 
=== Operačné zosilňovače ===
 
=== Operačné zosilňovače ===
 +
 +
<references/>

Verzia zo dňa a času 22:46, 3. jún 2013

Jazyk EN SK Navigácia Android projekty -> Meracie komponenty -> Filtre
Filtre ico.png Názov Filtre
Verzia 0.1
Opis Aplikácia pre návrh parametrov frekvenčných filtrov
Použité knižnice Knižnica info.kiwiki.graphlib
Kompatibilita Minimálna verzia OS Android: 3 -FroYo (API 11)
Vhodné pre Tablety, telefóny s uhlopriečkou viac ako 3.5"
Jazyk angličtina, slovenčina, čeština (EN, SK, CZ)
Stiahnutie pre testetov je k dispozícii alfa verzia
Autor

Opis aplikácie Filtre

Aplikácia Filte slúži pre jednoduchý návrh parametrov frekvenčných filtrov. Aplikácia podporuje návrh nasledujúcich typov filtrov:

  • dolnopriepustný filter,
  • hornopriepustný filter,
  • frekvenčnú zádrž,
  • frekvenčnú priepusť,
  • pásmovú zádrž a
  • pásmovú priepusť.

Pre návrh boli vybrané najznámejšie typy zapojení jednotlivých filtrov. Princíp návrhu filtra je jednoduchý:

  1. zadať hraničnú frekvenciu filtra,
  2. zadať hodnotu kapacity kondenzátora použitého v schéme.

Aplikácia Filtre následne vypočíta hodnoty všetkých odporov v schéme. Následne je možné na základe vypočítaných hodnôt odporov vybrať reálne hodnoty odporov zo známych rád E12 alebo E24 (pozri časť Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov).

Reálnu hodnotu odporu je možno vybrať 3 spôsobmi:

  1. priamym výberom jednej hodnoty, ktorá by mala byť najbližšia vypočítanej,
  2. hodnota hľadaného odporu na nahradená hodnotami 2 odporov zapojených do série,
  3. hodnota hľadaného odporu na nahradená hodnotami 2 odporov zapojených paralelne.

V prípade 2. a 3. prípadu sa hodnoty rezistorov určia automatiky.

Výstupom je okrem tabuľky vypočítaných presných a reálnych hodnôt rezistorov aj graf, na ktorom je zobrazená frekvenčná charakteristika filtra s vypočítanými a navrhnutými hodnotami odporov.

Používateľská príručka

Hlavné okno aplikácie

Hlavná obrazovka aplikácie obsahuje zoznam podporovaných filtrov.

Filtre app 1.png

Obrazovka návrhu filtra

Obrazovka pozostáva zo 5 okien:

  1. zadávanie vstupných parametrov,
  2. schéma zapojenia filtra,
  3. tabuľka s vypočítanými hodnotami,
  4. tabuľka s reálnymi hodnotami,
  5. graf prenosovej funkcie.
Filtre app 2.png Filtre app 1a.png
Obrazovka návrhu filtra Obrazovka návrhu filtra s aktivovanými nápovedami

Každý blok má funkciu okamžitej nápovedy, ktorá sa zobrazí po kliknutí na ikonu "i" v pravom hornom rohu.

1) Blok "Vstupné parametre"

Hodnotu frekvencie a kapacity kondenzátora sa zadáva tapnutím na pole so zobrazenou hodnotu kapacity, resp. frekvencie.


2) Blok "Schéma zapojenia"

Zobrazuje schému aktuálneho filtra. Po tapnutí na ikonu nápovedy sa zobrazia informácie o fitri a prenosová rovnica filtra.


3) Blok "Zobraz hodnoty"

Zobrazujú sa hodnoty vypočítaných odporov, resp. hodnoty zvolených odporov, ak boli už vybrané pomocou dialógu "výber súčiastok".


4) Blok "Vybrané hodnoty"

Reálne hodnoty odporov môžu byť vybraté 3mi spôsobmi: priamym výberom súčiastky alebo automatickým výberov, kde sa na dosiahnutie čo nejmenšieho rozdielu vypočítanej a vybranej hodnoty použije sériové, resp. paralelné zapojenie 2 resitorov (sú označené ako Ra a Rb).


5) Blok "Frekvenčná charakteristika"

V grafe je možno zobraziť buď prenosovú funkciu, fázovú charakteristiku alebo rozdiel prenosových funkcií filtra s presnými a reálnymi súčiastkami. Zobrazované grafy sú v logaritmickej mierke. Pre podrobnejší náhľad grafu v oblasti žiadanej frekvencie filtra sa dá prepnúť na detailný náhľad, kedy sa v grafe zobrazí blízke okolie žiadanej frekvencie.

Filtre app 4.png Filtre app 3.png
Prenosová funkcia Detail prenosovej funkcie
Filtre app 5.png Filtre app 6.png
Fázová charakteristika Možnosti zobrazenia grafu - prístupné po tapnutí na ikonu v pravom hornom robu boxu

Zobrazenie prenosovej funkcie v detailnom režime, keď je zobrazený prenos filtra s vypočítanými hodnotami resistorov a s vybranými hodnotami rezitorov. Na obrázku vidieť, že nevhodným výberom súčiastok sa frekvencia dolnopriepustného filtra posunula z 500Hz na 525Hz.


Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov

Dialóg zadávania reálnych hodnôt odporov pozostáva z 4čatí:

  1. určenie radu odporov,
  2. výber hodnoty jednotlivých odporov,
  3. výsledné prepočty v prípade automatického výberu odporov,
  4. pomocník k použitým pojmom

Filtre app 7.png


1) Blok "Použitá rada"

Podľa toho, akú radu rezistorov máme k dispozícii (E12, resp. E24) je potrebné vybrať jednu možnosť. Rada E12 obsahuje 12 základných hodnôt a rada E24 obsahu 24 hodnôt. Výsledná hodnota odporu je súčin základnej hodnoty a násobku dekády.

Štandardné hodnoty rezistorov a kapacít 

Rada E-12:
1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 8.2

Rada E-24:
1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2


2) Blok "Zadaj hodnoty odporov"

Ku každému odporu je v stĺpci "Vypočítané" zobrazená ideálna hodnota, ktorá bola vypočítaná pomocou matematického modelu. Cieľom je vybrať čo najbližšiu hodnotu odporu, aby sa filter s reálnymi súčiastkami čo najviac podobal navrhnutému filtru. Spôsob, akým sa vyberá žiadaný odpor sa definuje v stĺpci "Typ R". K dispozícii sú 3 spôsoby:

  • priame zadanie základnej hodnoty odporu (dekáda sa určí automaticky),
  • náhradné zapojenie 2 rezistorov zapojených do série,
  • náhradné zapojenie 2 rezistorov zapojených paralelne.

Podrobnejšie o tomto výbere hovorí blok nápovedy "Spôsob výpočtu".


3) Blok "Výsledné hodnoty odporov"

Prehľad vybraných hodnôt rezistorov. Tento pohľad je vhodný najmä pri automatickom výbere hodnoty odporu pomocou 2 sériovo/paralelne zapojených odporov. Tieto náhradné odpory sú označené Ra, resp. Rb


4) Blok "Spôsob výpočtu"

Pri zadávaní spôsobu určovania odporov máme k dispozícii:

1. Filtre typR x.png Manuálny výber odporu. Výsledný odpor bude určený jedným vybraným rezistorom s označením Ra
2. Filtre typR serial.png Automatický režim. Výsledný odpor sa automaticky vypočíta z dvoch sériovo zapojených rezistorov. Použitie: pri klasických súčiastkách.
3. Filtre typR parallel.png Automatický režim. Výsledný odpor sa automaticky vypočíta z dvoch paralelne zapojených rezistorov. Výhodné pri použití SMD súčiastok.

Dokumentácia k použitým filtrom

Low pass filter

Slovenský názov filtra: dolná priepusť

Opis filtra
Topológia filtra je typu Salen-Key[1] s charakteristikou filtra Butterworth [2]. Topológia Salen-Key sa používa na implementáciu aktívneho filtra druhého rádu. Výhodou tohto filtra je jeho jednoduchosť.
Schéma zapojenia dolnopriepustného filtra
Prenosová funkcia:

[math] H(s)=\frac{1}{\frac{s^2}{\omega_0^2}+\frac{s}{\omega_0Q}+1} [/math]

Kvalita filtra Q:

[math] Q=\frac{\sqrt{R_1R_2C_1C_2}}{C_1 (R_1+R_2)}=\frac{\sqrt{2}}{2} [/math]

Vlastná uhlová rýchlosť:

[math] \omega_0=\frac{1}{\sqrt{R_1 R_2 C_1 C_2}} [/math]

Kvalita filtra Q definuje tvar frekvenčnej charakteristiky v oblasti frekvencie f0. Parameter Q je nastavený tak, aby bol pri frekvencii f0 pokles zosilenia 3dB.

High pass filter

Slovenský názov filtra: horná priepusť

Opis filtra
Topológia filtra je typu Salen-Key[1] s charakteristikou filtra Butterworth [2]. Topológia Salen-Key sa používa na implementáciu aktívneho filtra druhého rádu. Výhodou tohto filtra je jeho jednoduchosť.
Schéma zapojenia hornopriepustného filtra
Prenosová funkcia:

[math] H(s)=\frac{s^2}{s^2+\frac{\omega_0}{Q}s+\omega_0^2} [/math]

Kvalita filtra Q:

[math] Q=\frac{\sqrt{R_1R_2C_1C_2}}{R_2 (C_1+C_2)}=\frac{1}{\sqrt{2}} [/math]

Vlastná uhlová rýchlosť:

[math] \omega_0=\frac{1}{\sqrt{R_1 R_2 C_1 C_2}} [/math]

Narrow band pass filter

Slovenský názov filtra: priepusť frekvencie

Opis filtra
Topológia filtra je odvodená od filtra Deliyannis. Parameter Q je nastavený na hodnotu 10. Zosilnenie filtra má taktiež hodnotu 10
Schéma zapojenia filtra frekvenčnej priepuste
Prenosová funkcia:

[math] H(s)=G\frac{\frac{\omega_0}{Q}s}{s^s+\frac{\omega_0}{Q}+\omega_0^2} [/math]

Kvalita filtra Q a zosilenie filtra G:

[math] G=Q=\frac{R_3+R_4}{2R_1}=10 [/math]

Vlastná uhlová rýchlosť:

[math] \omega_0=\frac{1}{\sqrt{R_A R_B C_1 C_2}} [/math]

[math] R_A=\frac{R_1 R_2}{R_1+R_2} [/math], [math] R_B=R_3+R_4 [/math]

Wide band pass filter

Notch filter

Band reject filter

Komponenty filtrov

Odpory

Kondenzátory

Operačné zosilňovače

  1. ↑ 1,0 1,1 http://en.wikipedia.org/wiki/Sallen%E2%80%93Key_topology
  2. ↑ 2,0 2,1 http://www.tedpavlic.com/teaching/osu/ece327/lab7_proj/lab7_proj_procedure.pdf
Zdroj: „http://www.kiwiki.info/index.php?title=Filtre&oldid=11706“