Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Проектирование устройства, вырабатывающего "сетку частот". Полная принципиальная схема формирователя гармоник: с автогенератором, нелинейным преобразователем, фильтрами, развязывающими и усилительными устройствами. Номиналы резисторов и конденсаторов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Сибирский Государственный Университет
Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи
Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя
Расчет эле ктрического фильтра для второй гармоники
Расчет электрического фильтра для четвертой гармоники
Цель курсовой работы - проверить знания, навыки и умения студента по фундаментальной и общетехнической подготовке. В задание на работу включены вопросы, изучаемые в курсе "Теория электрических цепей". Однако, для успешного выполнения работы нужно хорошо знать материалы дисциплин «Высшая математика», «Цифровая и вычислительная техника», «Техническая электроника».
В процессе самостоятельной работы студент должен спроектировать широко распространенное в аппаратуре связи устройство, вырабатывающее так называемую "сетку частот", т.е. несколько гармонических колебаний. Подобное устройство содержит автогенератор, вырабатывающий исходное (задающее) колебание; нелинейный преобразователь, искажающий форму сигнала; набор активных фильтров, выделяющих требуемые гармоники, и масштабирующие усилители для согласования входных и выходных сопротивлений устройств, а также уровней сигналов.
Рассчитать RC-генератор, выполненный по схеме «А» (см. рисунок 1) на биполярном транзисторе 2Т658А.
Рисунок 1. Схема автогенератора электрическая принципиальная
Сопротивление нагрузки на коллекторной цепи Rк= 4 кОм
В стационарном режиме работы автогенератора на частоте генерации щг=2р fг должны выполняться условия баланса амплитуд и баланса фаз:
фильтр резистор конденсатор автогенератор
где - модули передаточных функций и ;
- аргументы этих передаточных функций.
Для заданной схемы транзистор был заменен упрощенной эквивалентной схемой, т.е. активный элемент был представлен ИТУНом (рисунок 2). Так как Rj>>Rк, то
Из формулы видно, что =р, значит для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы цепь обратной связи вносила сдвиг фаз, равный р. Это будет выполняться при равенстве нулю мнимой части знаменателя выражения Hос(jщ). Получаем выражение для частоты генерации:
Коэффициент обратной связи на частоте генерации:
Найдем значения сопротивлений Rн и R, входящих в формулы для расчета щг и Hос(щг).
Входное сопротивление Rн составного транзистора
где в - коэффициент усиления по току для VT1.
- входное сопротивление транзистора VT2.
Для определения в и нужно выбрать рабочую точку транзистора.
Для этого необходимо построить проходную характеристику транзистора Iк=F(Uбэ) - зависимость действующего значения тока в выходной цепи от входного напряжения Uбэ. В свою очередь исходными для построения проходной характеристики являются:
- входная характеристика транзистора Iб=F(Uбэ) (рисунок 3);
- выходные характеристики транзистора Iк=F(Uкэ) (рисунок 4).
На семействе выходных характеристик транзистора КТ301Б (рисунок 3) проводится нагрузочная прямая через точки с координатами (0, Uпит) и (Uпит /R,0).
По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками строится промежуточная характеристика Iк=F(Iб) (рисунок 5). Для этих целее удобно составить таблицу:
Таблица 1 - Данные для построения промежуточной характеристики
Затем, используя полученную зависимость (рисунок 4) и входную характеристику Iб=F(Uбэ) (рисунок 3) , определяем требуемую зависимость Iк=F(Uбэ) (рисунок 6).
Все даны необходимые для построения характеристики, сведены в таблицу:
Таблица 2 - Данные для построения зависимости Iк=F(Uбэ)
По проходной характеристике определяют положение рабочей точки. Лучше всего задаться значением Uбэ 0=0,2 В - это середина линейного участка проходной ВАХ.
Тогда по входной характеристике транзистора определяют в рабочей точке:
выбираем номинальное значение 1428 Ом.


Рисунок 2. упрощенная эквивалентная схема замещения активного элемента
Коэффициент усиления транзистора по току:
Зная и в, можно рассчитать сопротивление Rн составного транзистора:
Rн выбираем равным 30 кОм. Из условия R>>Rк нужно было бы выбрать значение R ? 40 кОм, но эту величину еще нужно уточнить при дальнейшем расчете.
Определяем амплитуду стационарных колебаний на выходе генератора. Для этого построим колебательную характеристику Sср=F(Uбэ).
Значения средней крутизны для различных значений Uбэ можно определить по методу трёх ординат по формуле:
Все расчеты приведены ниже в таблице:
Относительно этой таблицы строится колебательная характеристика Sср=F(Uбэ). Она приведена на рисунке 7.
Для того чтобы по стационарной характеристике определить стационарное действующее значение Uбэ необходимо предварительно рассчитать значение средней крутизны в стационарном режиме S*ср.
Известно, что , с другой стороны из баланса амплитуд . Отсюда
Определяем значения для рассчитанных значений Rн и R.
Используя колебательную характеристику и зная значение средней крутизны в стационарном режиме Sср* = 59,5 мА/В, легко найти стационарное действующее значение напряжения Uбэ*. Оно равно Uбэ* = Uвх = 0,125 В. Тогда напряжение на выходе генератора в стационарном режиме можно найти из соотношения:
Uвых = Uвх· Hус(щг) = Uвх / Hос(щг) = 0,125/0,0231 = 5,41 B
Определяем теперь значение емкости в цепи обратной связи. Из выражения для частоты щг найдем
Емкость Cp разделительного конденсатора выбирается из условия Cp>>C или 1/щгCp0.01R. Возьмем Ср=40 нФ.
Осталось определить только значение сопротивления Rб, задающего рабочую точку Uбэ0, Iбэ0. Рассчитаем его по формуле:
Выбираем резистор с номиналом Rб=148 кОм.
Амплитуда напряжения на выходе автогенератора, рассчитанного в предыдущем пункте, больше амплитуды напряжения, которое следует подать на вход нелинейного преобразователя, поэтому сигнал генератора нужно ослабить. Для этой цели воспользуемся схемой масштабного усилителя (рисунок 8), которую включают между генератором и нелинейным преобразователем.
Рисунок 8 Схема усилителя электрическая принципиальная
Комплексная передаточная функция такой схемы:
Подставим в формулу Hус(jщ), имеем:
Пусть R1 = 20 кОм, следовательно, R2 = 18,48 кОм.
Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя
Рисунок 9 Схема нелинейного преобразователя принципиальная
Используя проходную ВАХ транзистора, графически определим вид тока на выходе нелинейного преобразователя (рисунок 12)
Для расчета спектра тока и напряжения на выходе нелинейного преобразователя необходимо сделать аппроксимацию по ВАХ. Амплитуда входного сигнала достаточно велика, поэтому выбираем кусочно-линейную аппроксимацию
График тока имеет характерный вид косинусоидальных импульсов с отсечкой. Половина той части периода, в течении которой протекает ток, называется углом отсечки.
При щt=и, u=U0+Um cos щt=U0+Um cos и=Uотс.
Тогда угол отсечки можно определить как и=arccos(Uотс-U0)/Um. В нашем случае и=arccos(-2,7+6,5)/5= arcos 0,76=0,707 рад=42,53є.
Ток на интервале отличен от нуля и определяется как:
S=Iс/(Uбэ-Uотс)=10/(-1,5+2,7)=8,33 (мA/B)
Постоянная составляющая и амплитуды гармоник спектра тока Iвых рассчитываются по формуле:
Imk = S·Um·гk(и), где к = 0,1,2,3,4.
Ограничимся третей гармоникой, имеем:
Напряжение на выходе нелинейного преобразователя: Uвых = Iвых·Rс
Амплитуды гармоник выходного напряжения:
Рисунок 12 График зависимости тока от напряжения, тока от частоты и щt=F(U).
Для выделения колебаний заданных, частот необходимо рассчитать полосовые фильтры, у частотных характеристик которых центры эффективного пропускания совпадали бы с этими частотами. Кроме того, заданными являются неравномерность ослабления ДА в полосе эффективного пропускания и минимально-допустимое ослабление Amin в полосе эффективного непропускания каждого фильтра, а также значение амплитуды выходного напряжения.
В качестве полосовых фильтров можно выбрать полиномиальные фильтры Чебышева. Каждый фильтр выделяет свою гармонику. Поскольку гармоники сигнала на выходе нелинейного преобразователя достаточно далеко разнесены по частоте, порядок фильтра может быть получен невысокий. Частоты соседних гармоник должны попадать в полосу непропускания фильтра. Характеристика ослабления фильтра должна обладать геометрической симметрией относительно выделяемой гармоники. Это имеет место при выполнении условия (рисунок 13)


Рисунок 13 Принципиальная характеристика полосового фильтра
Расчет полосового фильтра обычно сводится к расчету НЧ-прототипа.
Для определения нормированной частоты НЧ-прототипа, соответствующей границе ПЭН Щ3, необходимо воспользоваться графиками приведенными ниже.
При этом вначале по заданным значениям ДА=1дБ и Amin=30дБ определяют вспомогательную функцию D=35 (рисунок 15), а затем, задаваясь приемлемым значением порядка фильтра-прототипа 3, для полученного значения D по рисунку 14 определяем Щ3=2,6.
Расчет электрического фильтра для второй гармоники
Требуется рассчитать полосовой фильтр для выделения второй гармоники при частоте генерируемых колебаний 10,5 кГц. Неравномерность ослабления в ПЭП ДА=1 дБ, минимально допустимое ослабление в ПЭН Amin=27,4 дБ.
Частота 2-ой гармоники равна: f0 =N*fГ=2*10,25=20,5 кГц.
Найдем граничные частоты ПЭП и ПЭН.
Так как , то задавшись f3=f0+fг/2=25,625 кГц, т.е. щ3=160925 рад/с, найдем щ'3; щ'3= щ20/щ3=102992 рад/сек т. е f'3=16,4 кГц. Учитывая соотношение , определим
Пользуясь методическими указаниями найдем полюсы передаточной функции НЧ-прототипа: S1=-0,494171; S2,3=-0,247085±j0,956999
Для отыскания полюсов передаточной функции воспользуемся соотношением:
Полученные значения полюсов представим в таблице:
Таблица 4 Полюсы H(p) полосового фильтра
Передаточная функция может быть записана в виде произведения трех сомножителей третьего порядка
Коэффициенты при p в знаменателях сомножителей ai=2бi, а свободные члены ai= a2i + щ2i. Их значения в таблице ниже:
Таблица 5 коэффициенты H(p) полосового фильтра
Тогда передаточная функция запишется так:
Для реализации полученной передаточной функции необходимо выбрать тип звеньев, для чего найдем вначале добротность полюсов соответствующих сомножителей, используя соотношение
В результате расчетов получим Q1=15,06; Q2=23,466; Q3=6,73.
Рассчитаем элементы 1-ого и 2-ого звена:
Для реализации 1-ого и 2-ого сомножителя выбираем схему приведенную ниже:


Рисунок 17. Схема принципиальная электрическая 1-ого и 2-ого звена полосового фильтра
Для отыскания элементов звена, соответствующего первоначальному сомножителю H(p), составим систему уравнений:
Зададимся C6=C7=C=5 нФ. Здесь щп - частота полюса,
определяемая для данного сомножителя, как
R1= R2=1/wпС=1/128800*5*10-9=1,553 кОм.
Решая систему относительно элементов R5, R3, R4 получим:
R5=18,155 кОм; R3=2,588 кОм; R4=931,52 Ом.
Поступая аналогичным образом найдем элементы 2-ого звена:
R3=0,797 кОм; R4=2,559 кОм; R5=33,517 кОм.
Для реализации 3-его сомножителя выбираем схему приведенную ниже:
Рисунок 17. Схема принципиальная электрическая 3-ого звена полосового фильтра
Для отыскания элементов звена, соответствующего первоначальному сомножителю H(p), составим систему уравнений:
Решая систему относительно элементов R1, R2, R5 получим:
R1=11,37 кОм; R2=36,18 Ом; R5=79,223
Результаты вычислений сведем в таблицу:
Таблица 6 - Рассчитанные значения элементов полосового фильтра
Схема полосового фильтра приведена на рис.18.
Для расчета АЧХ и ослабления фильтра в выражении H(p) осуществим замену p=jщ, тогда |H(jщ)| запишется так:
Ослабление фильтра связано с АЧХ выражением:
Найдем частоты ПЭП, при которых А и АЧХ принимают максимальные значения. Из таблицы в методических указаниях для характеристик НЧ-прототипа имеем при n=3 Щ1min=0; Щ1max=0,5; Щ2min=0,866; Щ2max=1.
Для нахождения соответствующих частот характеристики ПФ воспользуемся соотношениями:
Результаты расчетов АЧХ и ослабления отдельных звеньев и всего фильтра удобно свести в таблицу 7.
Полученная частотная зависимость ослабления удовлетворяет заданным нормам ДА и Аmin.
По результатам расчетов построим графики АЧХ (рисунок 19) и зависимость ослабления от частоты полосового фильтра (рисунок 20).
Рисунок 18 Схема электрическая принципиальная трехзвенного полосового фильтра
Таблица 7 - Результаты расчета характеристик фильтра
Рисунок 19 График зависимости |H(jщ)|=F(f) полосового фильтра
Рисунок 20 График зависимости A=F(f) полосового фильтра
Расчет электрического фильтра для третей гармоники
Требуется рассчитать полосовой фильтр для выделения четвертой гармоники при частоте генерируемых колебаний 10,25 кГц. Неравномерность ослабления в ПЭП ДА=1дБ, минимально допустимое ослабление в ПЭН Amin=30 дБ.
Частота 3-ей гармоники равна 30,75 кГц, следовательно f0 =30,75 кГц.
Найдем граничные частоты ПЭП и ПЭН.
Так как , то задавшись f3 =35,875 кГц, т.е. щ3=225295 рад/с, найдем щ'3; щ'3=щ20/щ3=165522,85 рад/сек. Учитывая соотношение , определим
f'2=28,97 кГц (щ'2=181959,124 рад/с);
f'3=26,357 кГц (щ'3=165522,85 рад/с).
Пользуясь методическими указаниями найдем полюсы передаточной функции НЧ-прототипа: S1=-0,494171; S2,3=-0,247085±j0,965999
Для отыскания полюсов передаточной функции воспользуемся соотношением:
Полученные значения полюсов представим в таблице:
Таблица 8 Полюсы H(p) полосового фильтра
Передаточная функция может быть записана в виде произведения трех сомножителей третьего порядка
Коэффициенты при p в знаменателях сомножителей ai=2бi, а свободные члены ai= a2i + щ2i. Их значения в таблице ниже:
Таблица 9 коэффициенты H(p) полосового фильтра
Тогда передаточная функция запишется так:
Для реализации полученной передаточной функции необходимо выбрать тип звеньев, для чего найдем вначале добротность полюсов соответствующих сомножителей, используя соотношение
В результате расчетов получим Q1=17; Q2=34; Q3=34.
Для реализации всех трех сомножителей выбираем схему приведенную ниже. Ее передаточная функция:


Рисунок 22 Схема принципиальная электрическая одного звена полосового фильтра
Для отыскания элементов звена, соответствующего первоначальному сомножителю H(p), составим систему уравнений:
Зададимся C6=C7=C=5 нФ. Здесь щп - частота полюса, определяемая для данного сомножителя, как
Решая систему относительно элементов R5, R3, R4 получим:
R3=1,725 кОм, R4=0,621 кОм, R5=17,6 кОм.
Поступая аналогичным образом найдем элементы 2-го и 3-го звена, а результаты вычислений сведем в таблицу:
Таблица 10 - Рассчитанные значения элементов полосового фильтра
Для расчета АЧХ и ослабления фильтра в выражении H(p) осуществим замену p=jщ, тогда |H(jщ)| запишется так:
Ослабление фильтра связано с АЧХ выражением:
Найдем частоты ПЭП, при которых А и АЧХ принимают максимальные значения. Из таблицы в методических указаниях для характеристик НЧ-прототипа имеем при n=3 Щ1min=0; Щ1max=0,5; Щ2min=0,866; Щ2max=1.
Для нахождения соответствующих частот характеристики ПФ воспользуемся соотношениями:
Результаты расчетов АЧХ и ослабления отдельных звеньев и всего фильтра удобно свести в таблицу 11.
Полученная частотная зависимость ослабления удовлетворяет заданным нормам ДА и Аmin.
По результатам расчетов построим графики АЧХ (рисунок 21) и зависимость ослабления от частоты полосового фильтра (рисунок 22).
Таблица 11 Результаты расчета характеристик фильтра
Рисунок 21 график зависимости |H(jщ)|=F(f) полосового фильтра
Рисунок 22 график зависимости A=F(f) полосового фильтра
Расчет выходного масштабирующего усилителя
Для ослабления сигнала на первом выходе:
Требуемое выходное напряжение устройства выделения второй гармоники Uвых треб=2,4В(амплитудное значение). Из предыдущих расчетов известно, что амплитуда напряжения третьей гармоники Um2 = 2,65 В. Тогда амплитуда напряжения на выходе фильтра будет:
У выбранной схемы зададимся значением R1=3кОм, тогда


Рисунок 23 Схема усилителя электрическая принципиальная
Для усиления сигнала на втором выходе
Требуемое выходное напряжение устройства выделения третьей гармоники Uвых треб=2,4В (амплитудное значение). Из предыдущих расчетов известно, что амплитуда напряжения четвертой гармоники Um3 = 2,140В. Тогда амплитуда напряжения на выходе фильтра будет:
У выбранной схемы зададимся значением R1=3кОм, тогда
R2=(К-1)· R1=(1,12-1)·3000=0,360 кОм.
Рисунок 24. Схема усилителя электрическая принципиальная
Тип активных элементов DA1,DA2,DA7,DA14 - К140УД1В; а элементов DA3-DA6, DA8-DA13 - К140УД6.
После окончания расчётов отдельных узлов необходимо составить полную принципиальную схему устройства. Расчётное значение элементов схемы следует округлить до ближайших значений из ряда номинальных величин резисторов и конденсаторов. Однако для некоторых схем следует точный подбор элементов. К этим схемам относятся фильтры. Дальше изображена принципиальная схема устройства (рисунок 2.22), узлы которой были рассчитаны в предыдущих разделах.
Спроектировано устройство вырабатывающее “сетку частот”, то есть набор гармонических колебаний заданных частот и удовлетворяющие условиям указанным в техническом задании на устройство.
Номиналы резисторов и конденсаторов выбрали в соответствии с рядом Е-24, который допускает отклонение от расчетного значения на ±5%, и они приведены в таблице спецификаций.
Расчеты закончились тем, что приведена полная принципиальная схема формирователя гармоник, то есть с автогенератором, нелинейным преобразователем, фильтрами, развязывающими и усилительными устройствами.
В.П. Бакалов, А.А. Игнатов, Б.И. Крук. Основы теории электрических цепей и электроники: Учебник для высших учебных заведений. - М.: Радио и связь, 2009. - 525 с
С.И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 2008. - 448 с.
Программа ARC-ACH. Новосибирск 2006.
Проектирование широко распространенного в аппаратуре связи устройства, вырабатывающего так называемую "сетку частот", то есть несколько гармонических колебаний. Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя и электрических фильтров. курсовая работа [695,1 K], добавлен 06.01.2015
Разработка генератора сетки частот, состоящего из автогенератора, вырабатывающего колебание заданной частоты и нелинейного преобразователя, формирующего из него импульсы тока, состоящие из суммы гармоник исходного колебания. Расчет активных RC-фильтров. курсовая работа [671,0 K], добавлен 14.07.2012
Параметры избирательного усилителя. Выбор функциональной схемы устройства. Расчет основных узлов. Схема неинвертирующего усилителя. Оптимальный коэффициент усиления полосового фильтра. Номиналы конденсаторов и резисторов. Частотные характеристики фильтра. курсовая работа [1,6 M], добавлен 14.07.2013
Принципиальная схема усилителя-формирователя и блока питания, параметры их элементов. Основные виды фоторезисторов. Вид статической характеристики усилителя формирователя. Принципиальная схема моста постоянного тока с терморезистором и фоторезистором. курсовая работа [430,8 K], добавлен 26.01.2010
Произведение расчета автогенератора, спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя, развязывающего устройства, электрических фильтров, выходного усилителя с целью проектирования прибора, вырабатывающего несколько гармонических колебаний. курсовая работа [707,6 K], добавлен 04.06.2010
Проектирование формирователя "пачки" импульсов. Исходные данные к проектированию, анализ задачи, общая схема алгоритма работы устройства, его функциональная и принципиальная схемы, основные параметры. Оценка потребляемой мощности и аппаратных затрат. курсовая работа [852,3 K], добавлен 24.06.2013
Разработка фильтра высоких частот с характеристикой Чебышева при неравномерности АЧХ 3 дБ второго порядка. Расчет принципиальной схемы, выбор компонентов. Выбор резисторов и конденсаторов из диапазона стандартных значений. Переходная характеристика схемы. контрольная работа [251,1 K], добавлен 10.12.2015
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Курсовые Разницы В Бухгалтерском И Налоговом
Реферат: Конституция российской федерации 1993 года
Сочинение Размышление Воспоминания Моей Бабушки
Сочинение По Русскому Описать Свою Комнату
Курсовая работа: Частотно-избирательные фильтры Фильтр нижних частот Чебышева
Пособие по теме Христианский тип культуры
Курсовая работа по теме Налоги как источник доходов бюджетной системы Российской Федерации
Лак Эсси Мой Сладкий
Контрольная работа по теме Пластмассы и их основные компоненты. Сварка металлов и ее назначение
Курсовая работа: Основні форми пам'яті
Реферат: Адаптация детей в дошкольном учреждении
Реферат: Планирование поставок торговой фирме с использованием имитации и генетического алгоритма
Сочинение По Картине Школьник
Контрольная работа по теме Некоторые вопросы аренды и уплаты акцизного сбора на территории Республики Беларусь
Диссертации Рынок Труда
Контрольная работа по теме Основной капитал и производственная мощность предприятия
Курсовая Работа По Тгп На Тему Механизм Государства
Курсовая работа по теме Роль использования орфографических словарей на уроках русского языка
Диагностика автомобиля
Курсовая Работа На Тему Wimax
Учет и налогообложение основных средств в Республике Казахстан - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Энергосбережение в Германии - География и экономическая география курсовая работа
Права потребителя - Государство и право реферат