diff --git a/Band Elimination Chebyshev/band_elimination_design.m b/Band Elimination Chebyshev/band_elimination_design.m index 1889b19..4ab0ee8 100644 --- a/Band Elimination Chebyshev/band_elimination_design.m +++ b/Band Elimination Chebyshev/band_elimination_design.m @@ -132,11 +132,19 @@ epsilon_parameter = sqrt(10^(specification_max_pass_attenuation/10)-1); % Calculates alpha parameter using the eq. 9-92 alpha_parameter = asinh(1/epsilon_parameter)/design_filter_order; -% Calculates the frequency at which half power occurs using the eq. 9-80 -% TODO: denormalize!! ====================%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%============================ -design_half_power_radial_frequency = cosh(acosh(( ... - 10^(specification_max_pass_attenuation/10)-1)^(-1/2))/ ... +% Calculates the frequency at which half power for the prototype low pass +% filter occurs using the eq. 9-80 +temp_low_pass_half_power_radial_frequency = cosh(acosh(1/epsilon_parameter)/ ... design_filter_order); % rad/s +% Calculates the frequency at which half power for the band pass filter +% occurs using the transformation eq. 13-4 +design_half_power_radial_frequency = zeros([1 2]); +temp_polynomial = [1 ... + design_filter_bandwidth /temp_low_pass_half_power_radial_frequency ... + -design_geometric_central_radial_frequency^2]; +temp_roots = roots(temp_polynomial); +design_half_power_radial_frequency(1,1) = abs(temp_roots(1)); +design_half_power_radial_frequency(1,2) = abs(temp_roots(2)); % ----- % Calculates stable poles, zeros, angles and other characteristic sizes @@ -238,12 +246,13 @@ fprintf(['\n' '===== PROTOTYPE LOW PASS DESIGN =====' '\n' ... 'Filter order ceiling = %d\n' ... 'Epsilon parameter = %.3f\n' ... 'Alpha parameter = %.3f\n' ... - 'Radial frequency at which half power occurs = %.3frad/s\n' ... + 'Radial frequencies at which half power occurs = %.3frad/s, %.3frad/s\n' ... 'Butterworth angles are ' char(177) '%.2f' char(176) ' and ' ... char(177) '%.2f' char(176) '\n'], ... temp_filter_order, design_filter_order, ... epsilon_parameter, alpha_parameter, ... - design_half_power_radial_frequency, design_butterworth_angles(1,1), ... + design_half_power_radial_frequency(1,1), ... + design_half_power_radial_frequency(1,2), design_butterworth_angles(1,1), ... design_butterworth_angles(1,2)); fprintf('\nLow pass Chebyshev poles found:\n'); @@ -258,9 +267,10 @@ end % Clears unneeded variables from workspace clearVars = {'prototype_normalized_stop_radial_frequency', ... - 'epsilon_parameter', 'alpha_parameter', 'theta', 'temp_filter_order'}; + 'epsilon_parameter', 'alpha_parameter', 'theta'}; clear(clearVars{:}) clear clearVars +clear -regexp ^temp_ % ========== PROTOTYPE LOW PASS DESIGN END ========== @@ -834,7 +844,7 @@ ltiview(unit_transfer_function(1,1), unit_transfer_function(1,2), ... unit_transfer_function(1,3), unit_transfer_function(1,4), ... total_transfer_function); %} - +%{ hold off sampling_time_seconds = 60; % s @@ -884,7 +894,7 @@ Pyy = system_output_fft.*conj(system_output_fft)/sampling_length_L; figure(3) semilogx(frequency_vector,Pyy(1:sampling_length_L/2+1)) grid on - +%} % Clears unneeded variables from workspace clearVars = {'temp', 'Pyy', 'frequency_vector', 'i' ... 'system_output', 'total_transfer_function', 'system_output_fft'}; diff --git a/report/3_band_elimination/3_band_elimination_design.pug b/report/3_band_elimination/3_band_elimination_design.pug index c041602..45076aa 100644 --- a/report/3_band_elimination/3_band_elimination_design.pug +++ b/report/3_band_elimination/3_band_elimination_design.pug @@ -229,23 +229,34 @@ p. figure.block-center .ui.grid - .two.wide.column - .three.wide.column + .four.wide.column .row - img(src="1_low_pass/assets/diagrams/inverse_chebyshev_unit_1_zero_pole_grouping.svg")/ + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_1_zero_pole_grouping.svg")/ .row.top-7mm - img(src="1_low_pass/assets/diagrams/low_pass_notch_unit_diagram.svg")/ + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_1_block_diagram.svg")/ .row.top-5mm p.center #[strong Unit 1] - .six.wide.column - .three.wide.column + .four.wide.column .row - img(src="1_low_pass/assets/diagrams/inverse_chebyshev_unit_2_zero_pole_grouping.svg")/ + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_2_zero_pole_grouping.svg")/ .row.top-7mm - img(src="1_low_pass/assets/diagrams/low_pass_notch_unit_diagram.svg")/ + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_2_block_diagram.svg")/ .row.top-5mm p.center #[strong Unit 2] - .two.wide.column + .four.wide.column + .row + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_3_zero_pole_grouping.svg")/ + .row.top-7mm + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_3_block_diagram.svg")/ + .row.top-5mm + p.center #[strong Unit 3] + .four.wide.column + .row + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_4_zero_pole_grouping.svg")/ + .row.top-7mm + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_4_block_diagram.svg")/ + .row.top-5mm + p.center #[strong Unit 4] figcaption .reference #[span.plot-count] .caption. @@ -256,6 +267,530 @@ h4 Υλοποίηση συνάρτησης μεταφοράς p. Από τον αριθμό ΑΕΜ (8261) υποδεικνύεται η χρήση των κυκλωμάτων high pass notch και low pass notch του κεφαλαίου 7, με χρήση των κυκλωμάτων των σχημάτων 7.21 και 7.23. +h5 Μονάδα 1 + +p Η πρώτη μονάδα μονάδα του φίλτρου είναι το πρώτο από τα δύο high pass notch δεύτερης τάξης που πρέπει να υλοποιηθούν. Για τη μονάδα ισχύουν: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Προδιαγραφή + th Τιμή + tbody + tr + td ω#[sub 0] + td 21505.945 + tr + td ω#[sub Z] + td 15707.963 + tr + td ω#[sub Z]<ω#[sub 0] + td #[i.large.teal.checkmark.icon] + tr + td Q + td 1.751 + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Προδιαγραφές μονάδας 1 (πρώτη μονάδα high pass notch) +p. + Γίνεται κανονικοποίηση των συχνοτήτων ως προς το ω#[sub 0], ώστε Ω#[sub 0]=1: + +p.latex-equation. + $$\Omega_Z = \frac{\omega_Z}{\omega_0} = \frac{15707.963}{21505.945} = 0.7304<1$$ + +p. + Υπολογίζονται τα κέρδη και οι τιμές των στοιχείων του κυκλώματος του φίλτρου, με χρήση της μεθοδολογίας που περιγράφεται στο κεφάλαιο 7.6-B (σελίδα 35) και των εξισώσεων #[span.course-notes-equation 7-135] εώς και #[span.course-notes-equation 7-140]: + +p.latex-equation. + $$k_1=\frac{\Omega_0^2}{\Omega_z^2}-1 = \frac{1}{0.7304^2}-1 = 0.8745$$ + +p.latex-equation. + $$k_2=\frac{(2+k_1)Q^2}{(2+k_1)Q^2+1} = \frac{(2+0.8745)1.751^2}{(2+0.8745)1.751^2+1} = 0.8981$$ + +p.latex-equation. + $$k=k_2\frac{\Omega_0^2}{\Omega_z^2} = 0.8981\frac{1}{0.7304^2} = 1.6835\hspace{1cm}\text{(Gain at high frequencies)}$$ + +p.latex-equation. + $$R_1 = 1\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_2 = Q^2(k_1+2)^2 = 1.751^2(0.8745+2)^2 = 25.3394\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_3 = 1\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_4 = Q^2(k_1+2) = 1.751^2(0.8745+2) = 8.8154\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$C = \frac{1}{Q(2+k_1)} = \frac{1}{1.751(2+0.8745)} = 0.1987\text{ F}$$ + +p.latex-equation. + $$C_1 = k_1C = 0.8745*0.1987 = 0.1737\text{ F}$$ + +p #[strong Κλιμακοποίηση] + +p. + Γίνεται κλιμακoποίηση των στοιχείων της μονάδας για να μεταφερθούν οι συχνότητες στις πραγματικές τιμές. Επιλέγεται: + +p.latex-equation. + $$k_{f} = \omega_0 = 21505.945$$ + +p. + Με βάση τον αριθμό ΑΕΜ (8261) επιλέγεται κατάλληλος συντελεστής κλιμακοποίησης πλάτους ώστε να επιτευχθεί τιμή πυκνωτών ίση με 0.1μF, γίνεται χρήση του τύπου #[span.course-notes-equation 6-33]: + +p.latex-equation. + $$k_{m} = \frac{C_{old}}{k_fC_{new}} = \frac{0.1987}{21505.945*0.1*10^{-6}} = 92.3725$$ + +p Οι τελικές τιμές των στοιχείων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Στοιχείο/Κέρδος + th(colspan="2") Τιμή + tbody + tr + td C + td(colspan="2") 0,1 μF + tr + td C#[sub 1] + td(colspan="2") 0.08745 μF + tr + td R#[sub 1] + td(colspan="2") 92.3725 Ohm + tr + td R#[sub 2] + td(colspan="2") 2340.7 Ohm + tr + td R#[sub 3] + td(colspan="2") 92.3725 Ohm + tr + td R#[sub 4] + td(colspan="2") 814.2974 Ohm + tr + td Κέρδος στις υψηλές συχνότητες + td 1.6835 + td 4.52 dB + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Οι τιμές των στοιχείων της πρώτης μονάδας και το κέρδος στις υψηλές συχνότητες + +p. + Η συνάρτηση μεταφοράς της μονάδας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 7-129], #[span.course-notes-equation 7-130] και #[span.course-notes-equation 7-131]: + +p.latex-equation. + $$\begin{align*} + T_{BE}^1(s) &= k\frac{s^2+\frac{1}{(k_1+1)R_1R_2C^2}}{s^2+\frac{k_1+2}{R_2C}s+\frac{1}{R_1R_2C^2}} \\[3.5mm] + &=1.6835\frac{s^2+\frac{1}{(0.8745+1)*92.3725*2340.7*(0.1*10^{-6})^2}}{s^2+\frac{0.8745+2}{2340.7*0.1*10^{-6}}s+\frac{1}{92.6725*2340.7*(0.1*10^{-6})^2}} \\[3.5mm] + &=\frac{1.6835s^2+4.154*10^8}{s^2+12280.5s+4.625*10^8} + \end{align*}$$ + +h5 Μονάδα 2 + +p Η δεύτερη μονάδα μονάδα του φίλτρου είναι το πρώτο από τα δύο low pass notch δεύτερης τάξης που πρέπει να υλοποιηθούν. Για τη μονάδα ισχύουν: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Προδιαγραφή + th Τιμή + tbody + tr + td ω#[sub 0] + td 11473.112 + tr + td ω#[sub Z] + td 15707.963 + tr + td ω#[sub Z]>ω#[sub 0] + td #[i.large.teal.checkmark.icon] + tr + td Q + td 1.751 + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Προδιαγραφές μονάδας 2 (πρώτη μονάδα low pass notch) + +p. + Γίνεται κανονικοποίηση των συχνοτήτων ως προς το ω#[sub 0], ώστε Ω#[sub 0]=1: + +p.latex-equation. + $$\Omega_Z = \frac{\omega_Z}{\omega_0} = \frac{15707.963}{11473.112} = 1.3691>1$$ + +p. + Υπολογίζονται τα στοιχεία του κυκλώματος του φίλτρου, με χρήση της μεθοδολογίας που περιγράφεται στο κεφάλαιο 7.6-B (σελίδα 35) και των εξισώσεων #[span.course-notes-equation 7-150], #[span.course-notes-equation 7-152], #[span.course-notes-equation 7-155]: + +p.latex-equation. + $$C = \frac{1}{2Q} = \frac{1}{2*1.751} = 0.2855\text{ F}$$ + +p.latex-equation. + $$R_2 = 4Q^2 = 4*1.751^2 = 12.2671\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_5 = \frac{4Q^2}{\Omega_Z^2-1} = \frac{4*1.751^2}{1.3691^2-1} = 14.0282\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_3 = \frac{\Omega_Z^2}{2Q^2} = \frac{1.3691^2}{2*1.751^2} = 0.3056\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_1 = R_4 = 1\text{ Ohm}$$ + +p. + Υπολογίζεται το κέρδος της μονάδας στις υψηλές συχνότητες, χρησιμοποιώντας την εξίσωση #[span.course-notes-equation 7-143]: + +p.latex-equation. + $$k_{high} = \frac{R_4}{R_3+R_4} = \frac{1}{0.3056+1} = 0.7659$$ + +p. + Υπολογίζεται το κέρδος της μονάδας στις χαμηλές συχνότητες, χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 7-146], #[span.course-notes-equation 7-147] και #[span.course-notes-equation 7-148], θέτοντας s=0: + +p.latex-equation. + $$k_{low} = k_{high}\Omega_Z^2 = 0.7659*1.3691^2 = 1.4357$$ + +p #[strong Κλιμακοποίηση] + +p. + Γίνεται κλιμακoποίηση των στοιχείων της μονάδας για να μεταφερθούν οι συχνότητες στις πραγματικές τιμές. Επιλέγεται: + +p.latex-equation. + $$k_{f} = \omega_0 = 11473.112$$ + +p. + Με βάση τον αριθμό ΑΕΜ (8261) επιλέγεται κατάλληλος συντελεστής κλιμακοποίησης πλάτους ώστε να επιτευχθεί τιμή πυκνωτών ίση με 0.1μF, γίνεται χρήση του τύπου #[span.course-notes-equation 6-33]: + +p.latex-equation. + $$k_{m} = \frac{C_{old}}{k_fC_{new}} = \frac{0.2855}{11473.112*0.1*10^{-6}} = 248.8555$$ + +p Οι τελικές τιμές των στοιχείων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Στοιχείο/Κέρδος + th(colspan="2") Τιμή + tbody + tr + td C + td(colspan="2") 0,1 μF + tr + td R#[sub 1] + td(colspan="2") 248.8555 Ohm + tr + td R#[sub 2] + td(colspan="2") 3052.7 Ohm + tr + td R#[sub 3] + td(colspan="2") 76.0521 Ohm + tr + td R#[sub 4] + td(colspan="2") 248.8555 Ohm + tr + td R#[sub 5] + td(colspan="2") 3491 Ohm + tr + td Κέρδος στις υψηλές συχνότητες + td 0.7659 + td -2.316 dB + tr + td Κέρδος στις χαμηλές συχνότητες + td 1.4357 + td 3.14 dB + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Τιμές των στοιχείων της δεύτερης μονάδας και κέρδη στις υψηλές και χαμηλές συχνότητες + +p. + Η συνάρτηση μεταφοράς της μονάδας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 7-146], #[span.course-notes-equation 7-147] και #[span.course-notes-equation 7-148]: + +p.latex-equation. + $$\begin{align*} + T_{BE}^2(s) &= k_{high}\frac{s^2+\big[\frac{1}{R_1R_5C^2}+\frac{1}{R_1R_2C^2}\big]}{s^2+\frac{2}{R_2C}s+\frac{1}{R_1R_2C^2}}= \\[3.5mm] + &=0.7659\frac{s^2+\big[\frac{1}{248.8555*3491*(0.1*10^{-6})^2}+\frac{1}{248.8555*3052.7*(0.1*10^{-6})^2}\big]}{s^2+\frac{2}{3052.7*0.1*10^{-6}}s+\frac{1}{248.8555*3052.7*(0.1*10^{-6})^2}} = \\[3.5mm] + &=\frac{0.7659s^2+1.89*10^8}{s^2+6551s+1.316*10^8} + \end{align*}$$ + +h5 Μονάδα 3 + +p Η τρίτη μονάδα μονάδα του φίλτρου είναι το δεύτερο από τα δύο high pass notch δεύτερης τάξης που πρέπει να υλοποιηθούν. Για τη μονάδα ισχύουν: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Προδιαγραφή + th Τιμή + tbody + tr + td ω#[sub 0] + td 19957.291 + tr + td ω#[sub Z] + td 15707.963 + tr + td ω#[sub Z]<ω#[sub 0] + td #[i.large.teal.checkmark.icon] + tr + td Q + td 12.676 + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Προδιαγραφές μονάδας 3 (δεύτερη μονάδα high pass notch) +p. + Γίνεται κανονικοποίηση των συχνοτήτων ως προς το ω#[sub 0], ώστε Ω#[sub 0]=1: + +p.latex-equation. + $$\Omega_Z = \frac{\omega_Z}{\omega_0} = \frac{15707.963}{19957.291} = 0.7871<1$$ + +p. + Υπολογίζονται τα κέρδη και οι τιμές των στοιχείων του κυκλώματος του φίλτρου, με χρήση της μεθοδολογίας που περιγράφεται στο κεφάλαιο 7.6-B (σελίδα 35) και των εξισώσεων #[span.course-notes-equation 7-135] εώς και #[span.course-notes-equation 7-140]: + +p.latex-equation. + $$k_1=\frac{\Omega_0^2}{\Omega_z^2}-1 = \frac{1}{0.7871^2}-1 = 0.6142$$ + +p.latex-equation. + $$k_2=\frac{(2+k_1)Q^2}{(2+k_1)Q^2+1} = \frac{(2+0.6142)12.676^2}{(2+0.6142)12.676^2+1} = 0.9976$$ + +p.latex-equation. + $$k=k_2\frac{\Omega_0^2}{\Omega_z^2} = 0.9976\frac{1}{0.7871^2} = 1.6104\hspace{1cm}\text{(Gain at high frequencies)}$$ + +p.latex-equation. + $$R_1 = 1\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_2 = Q^2(k_1+2)^2 = 12.676^2(0.6142+2)^2 = 1098\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_3 = 1\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_4 = Q^2(k_1+2) = 12.676^2(0.6142+2) = 420.0291\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$C = \frac{1}{Q(2+k_1)} = \frac{1}{12.676(2+0.6142)} = 0.0302\text{ F}$$ + +p.latex-equation. + $$C_1 = k_1C = 0.6142*0.0302 = 0.0185\text{ F}$$ + +p #[strong Κλιμακοποίηση] + +p. + Γίνεται κλιμακoποίηση των στοιχείων της μονάδας για να μεταφερθούν οι συχνότητες στις πραγματικές τιμές. Επιλέγεται: + +p.latex-equation. + $$k_{f} = \omega_0 = 19957.291$$ + +p. + Με βάση τον αριθμό ΑΕΜ (8261) επιλέγεται κατάλληλος συντελεστής κλιμακοποίησης πλάτους ώστε να επιτευχθεί τιμή πυκνωτών ίση με 0.1μF, γίνεται χρήση του τύπου #[span.course-notes-equation 6-33]: + +p.latex-equation. + $$k_{m} = \frac{C_{old}}{k_fC_{new}} = \frac{0.0302}{19957.291*0.1*10^{-6}} = 15.1212$$ + +p Οι τελικές τιμές των στοιχείων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Στοιχείο/Κέρδος + th(colspan="2") Τιμή + tbody + tr + td C + td(colspan="2") 0,1 μF + tr + td C#[sub 1] + td(colspan="2") 0.06142 μF + tr + td R#[sub 1] + td(colspan="2") 15.1212 Ohm + tr + td R#[sub 2] + td(colspan="2") 16604 Ohm + tr + td R#[sub 3] + td(colspan="2") 15.1212 Ohm + tr + td R#[sub 4] + td(colspan="2") 6351.4 Ohm + tr + td Κέρδος στις υψηλές συχνότητες + td 1.6104 + td 4.14 dB + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Οι τιμές των στοιχείων της τρίτης μονάδας και το κέρδος στις υψηλές συχνότητες + +p. + Η συνάρτηση μεταφοράς της μονάδας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 7-129], #[span.course-notes-equation 7-130] και #[span.course-notes-equation 7-131]: + +p.latex-equation. + $$\begin{align*} + T_{BE}^3(s) &= k\frac{s^2+\frac{1}{(k_1+1)R_1R_2C^2}}{s^2+\frac{k_1+2}{R_2C}s+\frac{1}{R_1R_2C^2}} \\[3.5mm] + &=1.6104\frac{s^2+\frac{1}{(0.6142+1)*15.1212*16604*(0.1*10^{-6})^2}}{s^2+\frac{0.6142+2}{16604*0.1*10^{-6}}s+\frac{1}{15.1212*16604*(0.1*10^{-6})^2}} \\[3.5mm] + &=\frac{1.6104s^2+3.973*10^8}{s^2+1574.4s+3.983*10^8} + \end{align*}$$ + +h5 Μονάδα 4 + +p Η τέταρτη μονάδα μονάδα του φίλτρου είναι το δεύτερο από τα δύο low pass notch δεύτερης τάξης που πρέπει να υλοποιηθούν. Για τη μονάδα ισχύουν: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Προδιαγραφή + th Τιμή + tbody + tr + td ω#[sub 0] + td 12363.407 + tr + td ω#[sub Z] + td 15707.963 + tr + td ω#[sub Z]>ω#[sub 0] + td #[i.large.teal.checkmark.icon] + tr + td Q + td 12.676 + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Προδιαγραφές μονάδας 4 (δεύτερη μονάδα low pass notch) + +p. + Γίνεται κανονικοποίηση των συχνοτήτων ως προς το ω#[sub 0], ώστε Ω#[sub 0]=1: + +p.latex-equation. + $$\Omega_Z = \frac{\omega_Z}{\omega_0} = \frac{15707.963}{ 12363.407} = 1.2705>1$$ + +p. + Υπολογίζονται τα στοιχεία του κυκλώματος του φίλτρου, με χρήση της μεθοδολογίας που περιγράφεται στο κεφάλαιο 7.6-B (σελίδα 35) και των εξισώσεων #[span.course-notes-equation 7-150], #[span.course-notes-equation 7-152], #[span.course-notes-equation 7-155]: + +p.latex-equation. + $$C = \frac{1}{2Q} = \frac{1}{2* 12.676} = 0.0394\text{ F}$$ + +p.latex-equation. + $$R_2 = 4Q^2 = 4* 12.676^2 = 642.7\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_5 = \frac{4Q^2}{\Omega_Z^2-1} = \frac{4* 12.676^2}{1.2705^2-1} = 1046.3\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_3 = \frac{\Omega_Z^2}{2Q^2} = \frac{1.2705^2}{2* 12.676^2} = 0.0050\text{ Ohm}$$ + +p.latex-equation. + $$R_1 = R_4 = 1\text{ Ohm}$$ + +p. + Υπολογίζεται το κέρδος της μονάδας στις υψηλές συχνότητες, χρησιμοποιώντας την εξίσωση #[span.course-notes-equation 7-143]: + +p.latex-equation. + $$k_{high} = \frac{R_4}{R_3+R_4} = \frac{1}{0.0050+1} = 0.995$$ + +p. + Υπολογίζεται το κέρδος της μονάδας στις χαμηλές συχνότητες, χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 7-146], #[span.course-notes-equation 7-147] και #[span.course-notes-equation 7-148], θέτοντας s=0: + +p.latex-equation. + $$k_{low} = k_{high}\Omega_Z^2 = 0.995*1.2705^2 = 1.6062$$ + +p #[strong Κλιμακοποίηση] + +p. + Γίνεται κλιμακoποίηση των στοιχείων της μονάδας για να μεταφερθούν οι συχνότητες στις πραγματικές τιμές. Επιλέγεται: + +p.latex-equation. + $$k_{f} = \omega_0 = 12363.407$$ + +p. + Με βάση τον αριθμό ΑΕΜ (8261) επιλέγεται κατάλληλος συντελεστής κλιμακοποίησης πλάτους ώστε να επιτευχθεί τιμή πυκνωτών ίση με 0.1μF, γίνεται χρήση του τύπου #[span.course-notes-equation 6-33]: + +p.latex-equation. + $$k_{m} = \frac{C_{old}}{k_fC_{new}} = \frac{0.0394}{ 12363.407*0.1*10^{-6}} = 31.9053$$ + +p Οι τελικές τιμές των στοιχείων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: + +figure.block-center.width-15cm + table.ui.celled.table.teal.striped.center.aligned + thead + tr + th Στοιχείο/Κέρδος + th(colspan="2") Τιμή + tbody + tr + td C + td(colspan="2") 0,1 μF + tr + td R#[sub 1] + td(colspan="2") 31.9053 Ohm + tr + td R#[sub 2] + td(colspan="2") 20505 Ohm + tr + td R#[sub 3] + td(colspan="2") 0.1603 Ohm + tr + td R#[sub 4] + td(colspan="2") 31.9053 Ohm + tr + td R#[sub 5] + td(colspan="2") 33384 Ohm + tr + td Κέρδος στις υψηλές συχνότητες + td 0.995 + td -0.044 dB + tr + td Κέρδος στις χαμηλές συχνότητες + td 1.6062 + td 4.116 dB + figcaption + .reference #[span.table-count] + .caption. + Τιμές των στοιχείων της τέταρτης μονάδας και κέρδη στις υψηλές και χαμηλές συχνότητες + +p. + Η συνάρτηση μεταφοράς της μονάδας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις #[span.course-notes-equation 7-146], #[span.course-notes-equation 7-147] και #[span.course-notes-equation 7-148]: + +p.latex-equation. + $$\begin{align*} + T_{BE}^4(s) &= k_{high}\frac{s^2+\big[\frac{1}{R_1R_5C^2}+\frac{1}{R_1R_2C^2}\big]}{s^2+\frac{2}{R_2C}s+\frac{1}{R_1R_2C^2}}= \\[3.5mm] + &=0.995\frac{s^2+\big[\frac{1}{31.9053*33384*(0.1*10^{-6})^2}+\frac{1}{31.9053*20505*(0.1*10^{-6})^2}\big]}{s^2+\frac{2}{20505*0.1*10^{-6}}s+\frac{1}{31.9053*20505*(0.1*10^{-6})^2}} = \\[3.5mm] + &=\frac{0.995s^2+2.455*10^8}{s^2+975.4s+1.529*10^8} + \end{align*}$$ + +h4 Ρύθμιση κέρδους + +p. + Με βάση τον αριθμό ΑΕΜ (8261) πραγματοποιείται ρύθμιση κέρδους με στόχο την επίτευξη κέρδους 0 dB στη ζώνη διόδου. + +p. + Κατά την υλοποίηση των μονάδων HPN και LPN διαπιστώθηκε ότι κάθε μονάδα εισάγει ένα κέρδος. Το συνολικό κέρδος που εισάγουν οι μονάδες είναι: + +p.latex-equation. + $$k = k_{high}^1k_{high}^2k_{high}^3k_{high}^4 = 1.6835*0.7659*1.6104*0.995 = 2.066$$ +p. + Για τη ρύθμιση του κέρδους χρησιμοποιείται μία αναστρέφουσα συνδεσμολογία με κέρδος: + +p.latex-equation. + $${k}' = \frac{1}{k} = \frac{1}{2.066} = 0.484$$ + +p. + Επιλέγεται η χρήση αντίστασης εισόδου ίσης με r#[sub 1]=10 kOhm. Έτσι η αντίσταση ανατροφοδότησης υπολογίζεται: + +p.latex-equation. + $$r_2 = r_1{k}' = 10*10^3*0.484 = 4840\text{ Ohm}$$ + h4 Συναρτήσεις μεταφοράς p. @@ -271,19 +806,19 @@ figure.block-center.width-15cm tr td Πρώτη μονάδα (Unit 1) td. - $$T_{BP(s)}^1 =-\frac{795.697s}{s^2+542.1426s+35270884.89}$$ + $$T_{BE}^1(s) = \frac{1.6835s^2+4.154*10^8}{s^2+12280.5s+4.625*10^8}$$ tr td Δεύτερη μονάδα (Unit 2) td. - $$T_{BP(s)}^2 =-\frac{721.397s}{s^2+491.5187s+28991510.41}$$ + $$T_{BE}^2(s) = \frac{0.7659s^2+1.89*10^8}{s^2+6551s+1.316*10^8}$$ tr td Τρίτη μονάδα (Unit 3) td. - $$T_{BP(s)}^3 =-\frac{1524.1s}{s^2+239.223s+40486530.84}$$ + $$T_{BE}^3(s) = \frac{1.6104s^2+3.973*10^8}{s^2+1574.4s+3.983*10^8}$$ tr td Τέταρτη μονάδα (Unit 4) td. - $$T_{BP(s)}^4 =-\frac{1203.7s}{s^2+188.933s+25255181.75}$$ + $$T_{BE}^4(s) = \frac{0.995s^2+2.455*10^8}{s^2+975.4s+1.529*10^8}$$ figcaption .reference #[span.table-count] .caption. @@ -293,15 +828,14 @@ p. Η συνολική συνάρτηση μεταφοράς του φίλτρου υπολογίζεται: p.latex-equation. - $$\begin{align*} - T_{BP(s)} &= T_{BP(s)}^1T_{BP(s)}^2T_{BP(s)}^3T_{BP(s)}^4 \\[3.5mm] &=\frac{1.053*10^{12}*s^4}{s^8+1461.8*s^7+1.3076*10^{8}*s^6+1.4238*10^{11}*s^5+6.3188*10^{15}*s^4+} \hspace{3mm}\text{...} \\[3.5mm] &\text{...}\hspace{3mm}\frac{1.053*10^{12}*s^4}{+4.5529*10^{18}*s^3+1.3371*10^{23}*s^2+4.78*10^{25}*s+1.04556*10^{30}} \end{align*}$$ + $$\begin{align*} T_{BP(s)} &= {k}'T_{BP(s)}^1T_{BP(s)}^2T_{BP(s)}^3T_{BP(s)}^4 \\[3.5mm] &=\frac{s^8+9.8696*10^8s^6+3.6528*10^{17}s^4+6.0087*10^{25}s^2+3.7065*10^{33}}{s^8+21382*s^7+1.2753*10^{9}*s^6+1.7404*10^{13}*s^5+5.1829*10^{17}*s^4+} \hspace{3mm}\text{...} \\[3.5mm] &\text{...}\hspace{3mm}\frac{s^8+9.8696*10^8s^6+3.6528*10^{17}s^4+6.0087*10^{25}s^2+3.7065*10^{33}}{+4.2943*10^{21}*s^3+7.7641*10^{25}*s^2+3.2119*10^{29}*s+3.7065*10^{33}} \end{align*}$$ p. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το τελικό κύκλωμα του φίλτρου: figure.block-center.width-19cm - img(src="2_band_pass/assets/diagrams/multisim_band_pass_chebyshev_circuit_layout_only_filter.svg").width-19cm + img(src="3_band_elimination/assets/diagrams/multisim_band_elimination_chebyshev_circuit_layout_only_filter.svg").width-19cm figcaption .reference #[span.plot-count] .caption. - Κύκλωμα κατωδιαβατού φίλτρου + Κύκλωμα ζωνοφρακτικού φίλτρου diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_1_zero_pole_grouping.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_1_zero_pole_grouping.svg new file mode 100644 index 0000000..1e9bab1 --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_1_zero_pole_grouping.svg @@ -0,0 +1,125 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + -2.5 + + + -2 + + + -1.5 + + + -1 + + + -0.5 + + + 0 + + + 0.5 + + + 1 + + + 1.5 + + + 2 + + + 2.5 + + + # + + + 10 + + + 4 + + + Unit 1 Zero-Pole plot + + + + + + + + + + + z + + + 1 + + + z + + + 1 + + + ω + + + 01 + + + ω + + + 01 + + + + + + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_2_zero_pole_grouping.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_2_zero_pole_grouping.svg new file mode 100644 index 0000000..66b67cc --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_2_zero_pole_grouping.svg @@ -0,0 +1,115 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + -2 + + + -1.5 + + + -1 + + + -0.5 + + + 0 + + + 0.5 + + + 1 + + + 1.5 + + + 2 + + + # + + + 10 + + + 4 + + + Unit 2 Zero-Pole plot + + + + + + + + + + + z + + + 2 + + + z + + + 2 + + + ω + + + 02 + + + ω + + + 02 + + + + + + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_3_zero_pole_grouping.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_3_zero_pole_grouping.svg new file mode 100644 index 0000000..1a60f01 --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_3_zero_pole_grouping.svg @@ -0,0 +1,115 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + -2 + + + -1.5 + + + -1 + + + -0.5 + + + 0 + + + 0.5 + + + 1 + + + 1.5 + + + 2 + + + # + + + 10 + + + 4 + + + Unit 3 Zero-Pole plot + + + + + + + + + + + z + + + 3 + + + z + + + 3 + + + ω + + + 03 + + + ω + + + 03 + + + + + + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_4_zero_pole_grouping.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_4_zero_pole_grouping.svg new file mode 100644 index 0000000..1ed33e3 --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_chebyshev_unit_4_zero_pole_grouping.svg @@ -0,0 +1,115 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + -2 + + + -1.5 + + + -1 + + + -0.5 + + + 0 + + + 0.5 + + + 1 + + + 1.5 + + + 2 + + + # + + + 10 + + + 4 + + + Unit 4 Zero-Pole plot + + + + + + + + + + + z + + + 4 + + + z + + + 4 + + + ω + + + 04 + + + ω + + + 04 + + + + + + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_1_block_diagram.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_1_block_diagram.svg new file mode 100644 index 0000000..ac06229 --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_1_block_diagram.svg @@ -0,0 +1,25 @@ + + + + + + + + + + + +ω0 = 21505.945 +ωz = 15707.963 +Q = 1.751 +HPN + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_2_block_diagram.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_2_block_diagram.svg new file mode 100644 index 0000000..ad03876 --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_2_block_diagram.svg @@ -0,0 +1,23 @@ + + + + + + + + + + + +ω0 =11473.112ωz = 15707.963Q = 1.751 +LPN + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_3_block_diagram.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_3_block_diagram.svg new file mode 100644 index 0000000..b5e7670 --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_3_block_diagram.svg @@ -0,0 +1,23 @@ + + + + + + + + + + + +ω0 =19957.291ωz = 15707.963Q = 12.676 +HPN + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_4_block_diagram.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_4_block_diagram.svg new file mode 100644 index 0000000..a4ab9ac --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/band_elimination_unit_4_block_diagram.svg @@ -0,0 +1,23 @@ + + + + + + + + + + + +ω0 = 12363.407ωz = 15707.963Q = 12.676 +LPN + diff --git a/report/3_band_elimination/assets/diagrams/multisim_band_elimination_chebyshev_circuit_layout_only_filter.svg b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/multisim_band_elimination_chebyshev_circuit_layout_only_filter.svg new file mode 100644 index 0000000..3a7533f --- /dev/null +++ b/report/3_band_elimination/assets/diagrams/multisim_band_elimination_chebyshev_circuit_layout_only_filter.svg @@ -0,0 +1,688 @@ + + + + + + + R + 1 + 92 + . + 4 + Ω + + + + + + + R + 2 + 2 + . + 34k + Ω + + + + + + + R + 3 + 92 + . + 4 + Ω + + + + + + + R + 4 + 814 + . + 3 + Ω + + + + + + + + + + C + 1 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + + + + + C + 2 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + U + 1 + + + + + + + + + + + + + + + + + + C + 3 + 87 + . + 5 + nF + + + + + + + + R + 5 + 249 + Ω + + + + + + + R + 6 + 3 + . + 053k + Ω + + + + + + + R + 7 + 76 + Ω + + + + + + + R + 8 + 249 + Ω + + + + + + + R + 9 + 3 + . + 491k + Ω + + + + + + + + + + C + 4 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + + + + + C + 5 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + U + 2 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + R + 1 + 0 + 15 + . + 1 + Ω + + + + + + + R + 1 + 1 + 16 + . + 604k + Ω + + + + + + + R + 1 + 2 + 15 + . + 1 + Ω + + + + + + + R + 1 + 3 + 6 + . + 351k + Ω + + + + + + + + + + C + 6 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + + + + + C + 7 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + U + 3 + + + + + + + + + + + + + + + + + + C + 8 + 61 + nF + + + + + + + + R + 1 + 4 + 32 + Ω + + + + + + + R + 1 + 5 + 20 + . + 505k + Ω + + + + + + + R + 1 + 6 + 0 + . + 16 + Ω + + + + + + + R + 1 + 7 + 32 + Ω + + + + + + + R + 1 + 8 + 33 + . + 384k + Ω + + + + + + + + + + C + 9 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + + + + + C + 1 + 0 + 0 + . + 1 + uF + + + + + + U + 4 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + U + 5 + + + + + + + + + + + + R + 1 + 9 + 10k + Ω + + + + + + + R + 2 + 0 + 4 + . + 840k + Ω + + + + + + + + + + + + Input + + Output + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +Unit 1 +Gain Adjustment Unit +Filter +Unit 2 +Unit 3 +Unit 4 + + + + + + + + + + + + +