РАДИО № 6, 1987 г
Многие радиолюбители при расчете активных фильтров нижних (ФНЧ) и верхних частот (ФВЧ), а также всевозможных полосовых фильтров пользуются книгой Г. Мошица и П. Хорна "Проектирование активных фильтров" (М.: Мир, 1984). Для экономии времени в ней приведены программы для расчета этих устройств на больших ЭВМ и персональных компьютерах. Однако большинству читателей доступнее программируемые микрокалькуляторы (ПМК). При незначительном упрощении хода вычислений автору удалось составить программы, позволяющие рассчитывать названные выше фильтры с помощью широко распространенных ПМК "Электроника БЗ-34".
Расчет ведут в два этапа. Вначале по заданным параметрам фильтров определяют расчетные значения их элементов, а затем, подбирая близкие номиналы и, определяя получающиеся при этом параметры фильтров, останавливаются на тех, которые наиболее близки к заданным.
Для примера рассчитаем десятиполосный эквалайзер на базе полосовых низкодобротных фильтров ПП-HQ-C (см. рисунок). Задавшись частотами настройки fo (30, 60, 120, 240, 480, 960, 1920. 3840, 7680 и 15360 Гц) и граничными частотами фильтров fH и fB (20 и 40; 40 и 80; 80 и 160; 160 и 320; 320 и 640; 640 и 1280; 1280 и 2560; 2560 и 5120; 5120 и 10240; 10240 и 20480), определим их добротность [Q=fo/(fB-fH) = l,5), выберем передаточные коэффициенты К (в пределах 1…1.5), ориентировочные значения, произведений усиление чувствительность (ПУЧ - вспомогательный параметр, определяющий оптимальную область значений рассчитываемых элементов; обычно 1,5…2,5) и емкости конденсаторов СЗ (они обратно пропорциональны частотам fo: при fo=30 Гц С3=4,7 мкФ, 60 - 2,2 мкФ, 120 1 мкФ и т. д.). Теперь введем в ПМК программу 1, в регистры 1, 2, 3, Д запишем параметры одного из фильтров, например седьмого (соответственно Q=l,5; ПУЧ=2,5; f0=l 920 Гц; С3=0,047-10^-6 Ф) и нажмем поочередно на кнопки "В/О" и "С/П".
00. Fn 01. 2 02. X 03. ИПЗ 04. X 05. ИП1 06. X 07. F1/X 08. П7 09. ИП2 10.
1 11. 12. FV 13. ИП1 14. X 15. ИП2 16.: 17. ИП2 18. FV 19.: 20. ИП3 21.:
22. 2 23.: 24. Fп 25.: 26. П4 27.: 28. 1 29.. 30. 5 31. - 32. FX›=0 33.
79 34. ИП7 35. ИП4 36. - 37. П5 38. ИП2 39. 1 40. - 41. FV 42. ИП2 43. X
44. ИП1 45.: 46. ИП3 47.: 48. 2 49.: 50. Fп 51.: 52. ИП2 53. FV 54.:
55. ИП2 56. 1 57. - 58.: 59. П6 60. ИП4 61. ИПД 62.: 63. ПВ 64. ИП5 65.
ИПД 66.: 67. ПА 68. ИП6 69. ИПА 70.: 71. ПС 72. ИП2 73. 1 74. - 75. ИПС
76. X 77. П0 78. С/П 79. ИП2 80. 0 81.. 82. 0 83. 1 84.: 85. П2 86. БП
87. 00
В ходе выполнения программы уточняют минимальный ПУЧ, при котором расчетные формулы имеют физический смысл (номиналы элементов положительны и находятся в пределах реально существующего ассортимента деталей). Время прохождения этой программы зависит от добротности фильтров, а значит, и от общего их числа. Так, при Q=0,7…1 (пяти-шестиполосный эквалайзер) оно равно 25 с, при Q= = 1,5…2 (десятиполосный) -4…5 мин. По окончании расчета из регистров А, В, С, 0, 2 извлекаем соответственно значения (округленно) R1=392 Ом, R2=784 Ом, С1=1,78-10-7 Ф, С2= =2,98*10-7 Ф, ПУЧ=2,67. Аналогично рассчитываем все остальные фильтры эквалайзера.
00. ИПС 01. ИП0 02. + 03. ИПА 04. X 05. ИПВ 06. X 07. ИПД 08. X 09. F 1/Х
10. FV П. 2 12.: 13. Fп 14.: 15. П3 16. С/П 17. ИПС 18. ИП0 19.: 20. ИПВ
21. X 22. ИПА 23.: 24. ИПД 25.: 26. FV 27. ИПВ 28. ИПА 29.: 30. 1 31. +
32.: 33. П1 34. С/П 35. ИПС 36. ИП0 37, + 38. ИПА 39. X 40. ИПД 41.: 42.
ИПВ 43.: 44. FV 45. ИП1 46. X 47. П2 48. ИПС 49. ИП0 50. + 51. F 1/Х 52.
ИПС 53. X 54. X 55. П4 56. С/П
Затем в ПМК вводим программу 2, в регистры А, В, С, 0, Д записываем значения номиналов элементов Rl. R2, Cl, C2, ближайших к полученным при расчете (соответственно 390 и 750 Ом, 1,5*10^-7, 2,2*10^-7 Ф) и заданного СЗ (4,7*10^-8 Ф), и нажимаем на кнопки "В/О" и "С/П". Во время прохождения программы на табло появляются уже вычисленные параметры (вначале fo, а затем поочередно Q и К). Если они близки к требуемым, то нажав на кнопку "С/П", можно продолжить расчет, если же значительно от них отличаются, то дальнейшее прохождение программы не имеет смысла и необходимо ввести в регистры другие номиналы элементов, после чего пустить программу сначала, нажав на кнопки "В/О" и "С/П". Частоту, как и добротность, изменяют подбором номиналов резисторов, а К - конденсаторов С1 и С2. Поскольку каждый элемент в той или иной степени влияет на все параметры, то при расчете одного фильтра программу приходится повторять несколько раз. Следует, однако, иметь в виду, что из-за разброса параметров резисторов и конденсаторов большая точность здесь не нужна.
В нашем примере после записи в регистры указанных выше номиналов элементов фильтра на табло появляется частота fo=2231 Гц, которая существенно отличается от требуемой, поэтому в регистры следует ввести другие номиналы элементов.
После подбора останавливаемся на номиналах (R 1=430 и R2=680 Ом; С1=0,15, С2=0,33 и С3=0,047 мкФ), при которых обеспечиваются удовлетворительные параметры рассчитываемого полосового фильтра: fo=1959 Гц; Q=1,56; К=1,24.
Следует иметь в виду, что по окончании расчета величины fo, Q и К можно посмотреть повторно, извлекая их соответственно из регистров 3, 1, 4. Время прохождения второй программы (без учета подбора элементов) не превышает 30 с. Аналогично определяют номиналы элементов остальных полосовых фильтров эквалайзера.
г. Москва
В. АЛЕКСЕЕВ
РАДИО № 6, 1987 г