Двухканальный квадратурный синхронный детектор. Курсовая работа (т). Информатика, ВТ, телекоммуникации.

⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.


Помощь в написании работы, которую точно примут!

Похожие работы на - Двухканальный квадратурный синхронный детектор
Нужна качественная работа без плагиата?

Не нашел материал для своей работы?


Поможем написать качественную работу Без плагиата!

МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ


ФЕДЕРАЛЬНОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ


НАЦИОНАЛЬНЫЙ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


«ДВУХКАНАЛЬНЫЙ
КВАДРАТУРНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР»






Рисунок 1.Структурная схема
двухканального квадратурного синхронного детектора




Итак, искомый сигнал, предварительно усиленный
поступает на перемножители 1 и 4,генератор синусоидальных колебаний 2 выдает
сигнал синхронный по частоте и амплитуде с искомым на перемножитель 1 а на
перемножитель 4 опорный сигнал поступает через фазовращатель 3,который дает
сдвиг фазы на 90° и соответственно если на перемножитель 1 поступает синусоида
то на перемножитель 3 поступит функция косинуса, далее сигналы идут на фильтры
низких частот 6 и 5,где отпадет высокочастотная составляющая перемноженного
сигнала и далее сигналы возводятся в квадрат с помощью квадраторов 7 и 8,
складываются на сумматоре 9 и в конце происходит извлечение корня.







2. Пояснительная записка по курсовому проекту




.1 Расчет операционного усилителя LM358




Рисунок 2.Схема ОУ с инвертирующим
входом




На вход подан сигнал U(t)=Um*sin(wt+φ)


Известно что амплитуда Um=0.3В
; w=2pi*f,где
f=100кГц


Чтобы найти сигнал на выходе нужно решить
систему уравнений:




Амплитуда увеличивается в 10 раз и выходной
сигнал U(t)=-3В*sin(wt+φ)







Рисунок 3.а) Входной сигнал. б)
Выходной сигнал




двухканальный квадратурный синхронный
детектор


В качестве опорного сигнала используем сигнал с
генератора и который будет равен




На перемножителе 3 нам нужна функция косинуса
поэтому используем фазовращатель.







Нужно изменить фазу сигнала на 90° и для этого
нужно подобрать такие параметры схемы чтобы входное сопротивление Rвх
равнялось реактивному сопротивлению конденсатора.




Xc=1/(2п*f*C)
следовательно С=1/(2п*f*Xc)=1.592
нФ




Все остальные резисторы маркировки 1625984-3 с
номинальным сопротивлением 10кОм.


После фазовращателя опорный сигнал на
перемножиель будет равен:




В данной работе мне нужно было подобрать хороший
аналоговый перемножитель, прочитав большое количество литературы я выделил для
себя несколько наиболее простых способов перемножения сигналов.


)микросхема на перемножителе 525пс1


)микросхема на перемножителе 526пс1


) Схемы АП с полевыми транзисторами в качестве
управляемых сопротивлений.


)Аналоговый перемножитель на основе принципа
логарифматор-антилогарифматор.


Ввиду своей простоты устройства сначала я решил
использовать именно 6-ой пункт.


Сначала искомый и опорный сигнал поступают на
логарифматоры где выходные сигналы пропорциональны натуральному логарифму
входных сигналов,далее сигналы суммируются в сумматоре и соответсвенно сумма
натуральных логарифмов является логарифмом произведения двух сигналов.Далее
сигнал идет на антилогарифматор где на выходе с помощью несложных расчетов
получается произведение 2 сигналов.НО разобравшись с ним,оказалось что он
работает в одном квадранте и поэтому я в дальнейшем использовал 526пс1 в
котором перемножение происходит в четырех квадрантах.







Выходное напряжение определяется формулой




U вых
= -R н (i 1
+ i 4 )=-Rн(x*y*I+(1-x)(1-y)I-(1-y)xI-y(1-x)I)=-Rн*I*(2x-1)(2y-1)




x=1/2*(1+th(Ux/2φt
)), y=1/2*(1+th(Uy/2φt
))вых=-Rн*I*
th(Ux/2φt)*
th(Uy/2φt)




Для малых уровней входных напряжений выходное
напряжение пропорционально произведению входных:




Uвых=-Rн/2φt
*I*Ux* Uy==-Rн/2φt
*I-масштабный
коэффициент







В данном случае я взял нагрузку Rн=26
кОм
Рисунок 5.Схема фильтра низких
частот




Амплитуда сигнала у нас до сих пор меньше
6В,поэтому можем дальше использовать ОУ LM358


При подаче синусоидального сигнала,форма не
меняется,но уменьшается амплитуда.


Fинв(g1+g2+jwC)-Uвых(g2+jwC)=Uвх/R1


Схема данного квадаратора построена на
умножителе 525пс1.


Квадратор устроен так, что при подаче на вход
сигнала, выходной сигнал будет пропорционален квадрату входного.


Квадраторы работают с ошибками, но будем считать
что он у нас уже настроен. Итак,у нас на входе:




Чтобы просуммировать 2 сигнала нужно решить
систему уравнений:




Fинв(g1+g2+g3)-Uвх(g1)-Uвх(g2)-Uвых(g3)=0


U=-(Uвх1+Uвх2)=-
(14.52 * cos^2(φ)+
14.52* sin^2(φ))=-14.52(cos^2(φ)+sin^2(φ))=-14.52
В







На выходе у нас стоит схема позволяющая извлечь
корень из сигнала:


Uвх=14.52 В и
соответственно на выходе будет Uвых=3.811
В




В случае извлечения корня как и в случае с
квадратором, схема работает не без ошибок и ее нужно настраивать. Путем
надстроек можно добиться погрешности в 2%.




Итак на входе был гармонический сигнал а на
выходе благодаря двухканальной структуре сигнал стал постоянным мы избавились
от проблем связанных с изменением начальной фазы сигнала и на выходе устройства
сигнал пропорционален входному сигналу.







Рисунок 9. а) Входной сигнал б)
Выходной сигнал







3. Дополнение к пояснительной записке по
курсовому проекту




Перед тем как рассчитывать двухканальный
квадратурный синхронный детектор я разобрался что же такое просто синхронный
детектор, что он из себя представляет и зачем он нужен.


Итак, у нас есть 2 сигнала один из которых
искомый сигнал, который представлен в виде U(t)=U*sin(wt+φ)
а
другой опорный сигнал который представлен в виде Uоп(t)=Usin(wt).


Так как детектор синхронный то у нас опорный
сигнал синхронен по частоте и амплитуде с искомым.


Синхронное детектирование основано на операции
умножения сигналов.


















В случае, когда измеряемый и опорный сигналы
синхронны, на выходе синхронного детектора присутствует постоянная
составляющая. Амплитуда данной постоянной составляющей пропорциональна
амплитуде входного сигнала и зависит от фазового сдвига входного сигнала
относительно опорного сигнала. Т.е. в этом случае синхронный детектор работает
подобно амплитудному детектору.


Синхронный детектор преобразует полезный
переменный сигнал, поступающий с выхода приемного усилителя, в постоянный
сигнал. Важной особенностью синхронного детектора является возможность
выделения полезного сигнала на фоне шумов и помех, значительно превышающих
полезный сигнал по амплитуде.


При перемножении опорного и искомого сигнала у
нас получаются на выходе умножителя низкочастотная и высокочастотная
составляющие сигнала.


Для того чтобы не пропускать высокочастотную
состаляющую,ставим фильтр низких частот(в данной работе использовал фнч на
основе интегратора),и на выходе остается только низкочастотная составляющая
которая в синхронном детекторе имеет постоянное значение и пропорционально
только амплитуде входного сигнала.


Синхронный детектор обладает следующими
свойствами, важными для обработки сигналов: - обладает чувствительностью к фазе
и амплитуде измеряемого сигнала; - обладает высокой частотной избирательностью.
Благодаря данным свойствам синхронное детектирование широко используется в
технике связи, разнообразной измерительной аппаратуре, при проведении
экспериментальных исследований. Типичным примером использования синхронного
детектора является регистрация слабого сигнала от исследуемой системы на фоне
шумов и помех. На систему в качестве тестового сигнала подается переменное
воздействие от генератора. Слабый зашумленный отклик системы на данное
воздействие усиливается и поступает на синхронный детектор. Опорным сигналом служит
выход того же генератора. При необходимости компенсации фазового сдвига,
возникающего в исследуемой системе, в цепь выходного сигнала системы или в цепь
опорного сигнала включают фазовращатель - устройство, позволяющее регулировать
фазу сигнала. Выделение сигнала из шума происходит за счет высокой частотной
избирательности синхронного детектора. Может регистрироваться как амплитуда
отклика, так и сдвиг фазы, возникающий в исследуемой системе. Для того, чтобы
отказаться от необходимости подстройки фазового сдвига, можно воспользоваться
двумя синхронными детекторами, опорные напряжения которых взаимно сдвинуты на
90°. В этом случае напряжения на выходах синхронных детекторов будут
представлять собой квадратурные составляющие входного измеряемого напряжения.




.2 Применение синхронного детектора при
оптимальной фильтрации сложномодулированных сигналов




При использовании сложномодулированных сигналов
с последующим их сжатием во времени в оптимальном фильтре УЗ эхо-сигналы
представляют собой радиоимпульс, что не всегда позволяет точно определить
временное положение эхо-сигнала. По этой причине целесообразно представление
результатов контроля в виде видеоимпульсов.


В традиционной дефектоскопии преобразование
радиоимпульса в видеоимпульс осуществляется преимущественно с помощью
амплитудного детектирования, однако условия выделения УЗ эхо-сигналов из белого
шума при контроле изделий с большим затуханием сигналов, требуют использования
синхронного детектирования эхо-сигнала, так как при синхронном детектировании не
ухудшается отношение сигнал/шум.


Суть синхронного детектирования
заключается в переносе спектра сигнала в область нулевых частот, при этом в
отличие от амплитудного детектирования сохраняется информация, содержащаяся в
фазе сигнала. Принцип действия синхронного детектора (СД) можно с некоторым
упрощением свести к умножению входного сигнала со случайной начальной фазой на опорное
напряжение, частота которого строго совпадает (синхронна) с частотой входного
сигнала , с
последующей фильтрацией высокочастотных составляющих в фильтре нижних частот
(ФНЧ).


После перемножения получается
сигнал:





Выражение (5) определяет работу
устройства под названием «фазовый детектор»: выходное напряжение на выходе
фазового детектора пропорционально входному сигналу V 1 , опорному
напряжению V ОП и косинусу
сдвига фазы φ 1 между
входным и опорным сигналами. Для того чтобы устранить неопределенность в
амплитуде эхо-сигнала, возникающую из-за неизвестной начальной фазы сигнала,
используют схему двухканальной квадратурной обработки, в которой обработка
сигнала с начальной фазой ведется в
двух параллельных каналах с опорными сигналами и . После перемножения и фильтрации в
каждом канале сигналы возводятся в квадрат, а затем суммируются. Выходной
сигнал на выходе сумматора не зависит от начальной фазы:




Сигнал после схемы извлечения
квадратного корня пропорционален входному сигналу.


Так при данном расчете на входе СД
был сигнал U(t)=3*sin(wt+φ) а на
выходе получилось U=3.811В







3.3 Применение синхронного детектора
для выделения сигналов из узкополосной помехи




Применение СД для выделения полезного сигнала из
узкополосной помехи. а) сигнал и помеха; б) опорный сигнал ω о ;
в) сигнал на выходе СД




Итак у нас есть сигнал с определенной амплитудой
и частотой, также на рисунке видим спектр опорного сигнала.


На более высокой частоте присутствует помеха.


На графике (в) видим спектр сигнала после
перемножения, амплитуда спектра увеличилась и благодаря фильтру низких частот у
нас спектр сигнала переносится в область нулевых частот и помехи на высоких
частотах подавляются.


Например, помеха появляется на частоте 2МГц, на
выходе синхронного детектора эта помеха, при частоте опорного сигнала
628кГц,будет на частоте 1.372МГц а граничная частота будет в любом случае
меньше.







В итоге делая данный проект я отметил, что
синхронный детектор позволяет решать целый комплекс проблем, которые не могут
быть решены в традиционной дефектоскопии, использующей простые немодулированные
сигналы без дополнительных обработок. Итак, мы преобразуем входной радиоимпульс
в видеоимпульс который позволяет оценить временное положение ультразвукового
эхо-сигнала, позволяет избавиться от помех на высоких частотах.







.Качанов
В.К., Соколов И.В., Федоров М.Б, Концов Р.В.- ПРИМЕНЕНИЕ СИХРОННОГО
ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ С
БОЛЬШИМ ИНТЕГРАЛЬНЫМ ЗАТУХАНИЕМ СИГНАЛОВ.


.В.Т.Поляков-Радиолюбителям
о технике прямого преобразования.


.С.И.Баскаков-Радиотехнические
цепи и сигналы, третье издание.


.Н.Н.Буга,А.И.Фалько,Н.И.Чистяков-Радиоприемные
устройства.


.И.С.Гоноровский-Радиотехнические
цепи и сигналы.


.Проектирование
радиоприёмных устройств. Под ред. А.П. Сиверса.


.Цифровые
и аналоговые интегральные микросхемы. С.В. Якубовский, В.И. Кулешова, Л.И.
Ниссельсон.


.В.Г.Гусев,Ю.М.Гусев-Электроника
и микропроцессорная техника.


.
Херпи, М. Аналоговые интегральные схемы


.
Тимонтеев, В.Н.. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной
аппаратуре.


.
В.В. Кандыбин и М.П. Федоринчик-Синхронный детектор


.А.А.
Иваннив, С.Г. Романюк и В.М. Сакаль-Синхронный детектор.


.М.В.Иванчик-Синхронный
амплитудный детектор.


.А.
А. Черторийский- СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ. Методические указания к лабораторным
работам.


.Г.И.
Кузин, А.Ф. Павлов- Модуляция и демодуляция.


.Орлов
С.В- АМПЛИТУДНЫЙ ДЕТЕКТОР. Методические указания по выполнению лабораторной
работы.


1.


.


.


4.http://electroshema.com/data/tom5/264.php






Похожие работы на - Двухканальный квадратурный синхронный детектор Курсовая работа (т). Информатика, ВТ, телекоммуникации.
Контрольная работа: Трудовая пенсия по инвалидности
Курсовая работа по теме Синтез 4-нитрокарбонилазида и изучение его реакции с гепта(метоксикарбонил)циклогептатриенилкалием (ГМЦГ)
Контрольные Работы 4 Класс Моро Скачать
Контрольная Работа На Тему Облік Неопераційних Витрат На Підприємстві
Курсовая работа по теме Организация работы судна
Сочинение по теме Место и роль Н. Г. Чернышевского в общественном движении 60-х годов XIX века
Оздоровительное Плавание Реферат
Дипломная работа по теме Генезис доктрины 'Москва – третий Рим' в русской церковно-политической мысли
Реферат по теме Лица участвующие в исполнительном производстве
Курсовая работа по теме Утворення складних слів синтаксичного типу в англійській мові та особливості їх перекладу
Искусство Эссе
Население как объект статистического изучения
Курсовая работа по теме Эмоцональный тон и настроение как составляющие эмоций
Реферат по теме Отличительные признаки воровства и клептомании
Реферат: Эволюция системы хозяйственного учета
Нравственность И Здоровье Эссе
Учебно Курсовой Комбинат Тула
Сочинение Про Современных Недорослей
Реферат: Международная торговля и Россия
Реферат: Республика Таджикистан
Похожие работы на - Третейские суды в Российской Федерации
Реферат: «Цели сталинских репрессий 1936 1937 годов»
Реферат: Характерні риси олігополій