Разработка такта преобразования гармонического сигнала в логический - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка такта преобразования гармонического сигнала в логический

Создание компаратора и входного усилителя фильтра. Амплидно-частотная характеристика полосового фильтра. Разработка схемы преобразователя уровня и буфера. Осциллограммы моделирования работы такта преобразования гармонического сигнала в логический.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования Российской Федерации
Севастопольский государственный университет
По дисциплине: «Аналоговая схемотехника»
На тему: «Разработка такта преобразования гармонического сигнала в логический»
Разработать тракт преобразования входного гармонического сигнала в логические уровни. На вход тракта поступает гармонический сигнал действующих значений 10-200 мВ и максимальной амплитудой шумов ±400 мкВ. Выходное сопротивление источника сигнала 600 Ом. Из сигнала, фильтром первого порядка, необходимо выделить частотный спектр100-12000 Гц и преобразовать синусоидальный сигнал в логический с уровнями U 1 = 2.4 В - 5 В, U 0 =-0.5 В - +1.2 В. Компарирование сигнала производится по уровню 0.2 от минимального значения во всем частотном диапазоне. Сопротивление нагрузки тракта 2 кОм. Напряжение питание ±12 В.
Исходя из требований задания, входной сигнал необходимо отфильтровать по частотам, преобразовать в логический, по заданному уровню, и привести в уровни U 1 и U 0 . Для обеспечения более точного компариравания и уменьшения влияния шумов тракта, входной сигнал целесообразно усилить до максимальных границ компаратора. Сигнал после компаратора необходимо привести в заданные уровни U 1 и U 0 . Также необходимо согласовать выходное сопротивление источника сигнала со входным сопротивлением тракта и выходное сопротивление тракта со входным сопротивлением нагрузки. Таким образом, тракт может быть реализован следующими функциональными блоками: входной усилитель ВУ, полосовой фильтр ПФ, компаратор КОМ, преобразователь уровня ПУ и буфер согласования выходного сопротивления тракта с нагрузкой БУФ (рис. 1).
Рисунок 1 - Функциональная схема тракта.
Входной усилитель ВУ выполняет две функции: согласование входного сопротивления тракта с выходным сопротивлением источника сигнала и усиление сигнала до уровня оптимального компарирования. Полосовой фильтр ПФ выделяет частотный спектр в заданных границах. Если полосовой фильтр сможет выполнить и функции входного усилителя, то эти два блока ВУ и ПФ можно объединить. Компаратор КОМ преобразует синусоидальный сигнал в логический, с уровнями своего питающего напряжения. Для предотвращения «дребезга» компаратора на переходных участках, он должен иметь передаточную характеристику с гистерезисом. Преобразователь уровня ПУ переводит сигнал с выхода компаратора в заданные уровни U 1 и U 0 . Если эти уровни совпадают, то данный блок может отсутствовать. Буфер БУ служит для согласования выходного сопротивления преобразователя уровня ПУ (или компаратора КОМ, если ПУ отсутствует) с входным сопротивлением нагрузки. Буфер может отсутствовать, если эту функцию выполняет преобразователь уровня ПУ (или компаратора КОМ, если ПУ отсутствует).
Определим основные требования к Функциональным блокам.
Преобразовательный такт можно выполнить на операционных усилителях с двуполярным питанием. Выберем напряжение питания ±15В.Максимальное напряжение, подаваемое на вход компаратора не должно превышать напряжения питания Епит, то есть, его амплитуда не должна превышать 15 В. Отсюда, находим максимальный коэффициент усиления тракта
Этот коэффициент может быть обеспечен входным усилителем, фильтром или усилителем и фильтром. Пусть коэффициент передачи входного усилителя равен 4. Тогда фильтр, в полосе пропускания, будет иметь коэффициент передачи 10. Такое перераспределение коэффициента усиления позволяет избежать использование резисторов высоких номиналов.
Средний уровень компарирования Uo по заданию равен 0.2 от минимального значения во всем частотном диапазоне. На частотах среза амплитуда сигнала уменьшается на 3 дБ, то есть в v2 раз относительно входного. По заданию, минимальное действующее значение входного сигнала Uд.вх.мин = 10 мВ, то есть амплитудное
Тогда, уровень компарирования Uo, с учетом коэффициента передачи тракта равен:
Для ликвидации «дребезга» компаратора на переходных участках, он должен иметь передаточную характеристику с гистерезисом. Ширина петли гистерезиса должна превышать размах помехи от шумов. На входе тракта, по заданию амплитудой шумов не более ±400 мкВ, то есть от пика до пика 800 мкВ.
С учетом коэффициента передачи тракта и без учета шумов тракта (собственные шумы операционного усилителя составляют примерно 1 мкВ), уровень шума, пришедшего на вход компаратора (от пика до пика) равен:
С небольшим запасом выбираем ширину петли гистерезиса:
- коэффициент передачи по напряжению равен 4;
- входное сопротивление в 20 раз больше, чем выходное сопротивление источника сигнала (по заданию Rc = 600 Ом):
Для гарантированного согласования по сопротивлению выбираем неинвертирующий усилитель, у которого входное сопротивление равно входному сопротивлению операционного усилителя (ОУ). У современных ОУ входное сопротивление превышает 500 кОм. Схема входного усилителя приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема входного усилителя.
Выразим коэффициент передачи по напряжению через номиналы резисторов. Поскольку в схеме имеется отрицательная обратная связь (R2), потенциал точки Ua равен напряжению Uвх. Тогда,
Коэффициент передачи известен К = 4. Выберем номинал резистора R1 = 1 кОм. Тогда,
Принимаем номинал резистора из ряда Е24 R2 = 3 кОм.
Проверим правильность расчетов, с помощью программы Multisim. Моделирование проведем в двух крайних точках динамического диапазона, при Uвх = 10 мВ и 200 мВ (действующие значения). На рисунке 3 представлена схема моделирования, а на рисунках 4 и 5 осциллограммы напряжения на входе и выходе схемы.
Рисунок 3 - Схема моделирования входного усилителя.
Рисунок 4 - Осциллограммы напряжения на входе и выходе входного усилителя при Uвх = 10 мВ.
- коэффициент передачи по напряжению в полосе пропускания равен 10;
- полоса пропускания - 100 Гц - 12 кГц (Fн = 100 Гц, Fв = 12 кГц);
В качестве фильтра, выберем схему инвертирующего усилителя с частотно-зависимыми звеньями (RC), обеспечивающую требуемый порядок фильтра. Схема фильтра приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Схема полосового фильтра.
Звено C1R1 является фильтром верхних частот (ФВЧ) с полным сопротивлением Z1, а звено C2R2 - фильтром верхних частот (ФНЧ) c полным сопротивлением Z2. Поскольку в схеме имеется отрицательная обратная связь (R2С2), потенциалы инвертирующего и неинвертирующего входов равны между собой и равны нулю. Ток, протекающий по цепи Z1Z2 равен:
Появление “-” обусловлено схема включения усилителя(инвертирующая).
Если предположить, что в полосе пропускания, а именно в точке максимального коэффициента передачи реактивные составляющие полных сопротивлений Z1 и Z2 существенно меньше активных, то для этой области коэффициент передачи по напряжению К0 равен (безучетазнака):
Исходя из вышеизложенного предположения, ФНЧ и ФВЧ можно рассматривать как независимые фильтры. Следовательно, частоты среза полосового фильтра могут определяться как частоты среза ФНЧ и ФВЧ:
Из выражения и полученных значений резисторов R1 и R2 рассчитаем номиналы C1 и C2:
Проверим правильность расчетов, с помощью программы Multisim. Моделирование проведем в точке динамического диапазона, при Uвх = 1 В (амплитудное значение) для трех частот: 80 Гц, 1 кГц и 6 кГц. На рисунке 7 представлена схема моделирования, на рисунке 8 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра, а на рисунках 9 - 11 осциллограммы напряжения на входе и выходе схемы при частотах входного сигнала 80 Гц, 1кГц и 6 кГц.
Рисунок 6 - Схема моделирования полосового фильтра
Рисунок 7 - Амплидно-частотная характеристика полосового фильтра.
По амплитудно-частотной характеристике (рисунок 8) определим коэффициент передачи.
При 1 кГц КдБ = 19.929 дБ, что соответствует примерно К = 9.9.
При 100 Гц КдБ = 17.09 дБ, что соответствует примерно К = 7.1.
При 12 кГц КдБ = 16.96 дБ, что соответствует примерно К = 7
Определим коэффициенты передачи в этих же точках по осциллограммам:
Рисунок 8 - Осциллограммы напряжения на входе и выходе полосового фильтра при Uвх = 1 В (амплитудное значение) и частоте 1 кГц.
Как видим, значения коэффициента передачи, определенные по АЧХ и осциллограммам совпадают в пределах 2.5%, что подтверждает правильность определения.
Реальные значения частот среза определим по АЧХ (это частоты, при которых коэффициент передачи уменьшается на 3 дБ).
Небольшой уход частот среза вызван использованием конденсаторов с номиналами стандартного ряда, отличными от рассчитанных.
- Средний уровень компарирования Uo = 0.08;
- ширина петли гистерезиса Uг = 40 мВ.
Схема компаратора приведена на рисунке 12. Резисторы R1, R2 служат для реализации передаточной характеристики с гистерезисом. Резисторы R3, R4 обеспечивают необходимое опорное напряжение.
Рассчитаем резисторы R1, R2. Напряжение в точке Uа равно:
Выразим из выражения Uвх, учитывая, что в момент переключения значения на входах операционного усилителя равны Uа = Uоп:
Максимальное Uвх.макс и минимальное Uвх.мин значение входного напряжения при переключении компаратора равно:
Ширина петли гистерезиса передаточной характеристики Uг определяется как разность этих напряжений:
Рассчитаем значение опорного напряжения Uоп, при котором центр петли гистерезиса передаточной характеристики будет равен среднему уровню компарирования Uо = 0.08 В. Это значение равно:
Подставим в выражение Uвх.макс и Uг и выразим из полученного уравнения Uоп:
Это опорное напряжение формирует делитель R3, R4. Для обеспечения точного значения Uоп, в нижнем плече делителя поставим потенциометр R4. Выберем значение напряжения в точке соединения резисторов R3, R4 (Ur) равным 1В. Это позволит точно установить опорное напряжение 0.998 В при максимальных разбросах номиналов резисторов в рамках ряда Е24. Рассчитаем номиналы резисторов R3, R4.
Выберем величину номинала потенциометра R4 = 5 кОм и определим значения резистора R3:
Выберем значение из ряда номиналов, R3 =60 кОм
6. Разработка схемы преобразователя уровня и буфера
Требование к преобразователю уровня:
- уровни соответствующих входных и выходных сигналов
Для ограничения входного сигнала с +12 В до +5 В можно использовать стабилитрон VD1 с напряжением стабилизации Uст=4.7 В. Ток стабилизации ограничивается резистором R1. При токе стабилизации стабилитрона VD1 Iст = 1 мА номинал резистора R1 равен:
Выбираем ближайший номинал из ряда Е24 R1 = 7 кОм.
Диод VD2 служит для снижения уровня отрицательного напряжения до - 0.5В.Поскольку по заданию входное сопротивление нагрузки тракта 2кОм, для согласования используем буфер (повторитель DA 1).
Рисунок 9 - Схема преобразователя уровня и буфера.
Моделирование схемы (рисунки 16, 17) показало,что при Uвх = - 12 В,Uвых = - 0.263 В, а при Uвх = + 12 В,Uвых = + 4.384 В, что соответствует заданию.
Рисунок 10 - Осциллограммы моделирования преобразователя уровня и буфера
7. Схема тракта преобразования гармонического сигнала в логический
На рисунке 10 представлена схема тракта преобразования гармонического сигнала в логический. Элементы U1, R1 и R2 реализуют входной усилитель с коэффициентом передачи по напряжению 4. Неинвертирующее включение операционного усилителя U1 позволило согласовать выходное сопротивление источника сигнала 600 Ом со входным сопротивлением тракта (> 500 кОм).
Полосовой фильтр первого порядка выполнен по инвертирующей схеме на элементах U2, C1, C2, R3, R4. Коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания 10. Частоты среза: Fн = 99 Гц, Fв = 11.93 кГц, что достаточно близко к заданным (Fн = 100 Гц, Fв =12 кГц). Совместно с входным усилителем сигнал в полосе пропускания усиливается в 40 раз, что обеспечивает качественное компарирование.
Компаратор состоит из элементов U3, R5,R6, R7, R8. Резиторы R7, R8 обеспечивают гистерезис передаточной характеристики компаратора в 40мВ, при размахе амплитуды шумов на входе 24мВ. Это позволяет избежать «дребезга» в моменты переключения компаратора. Средний уровень компарирования равный 0.08 В обеспечивается опорным напряжением 0.08 В сформированным делителем R6, R5. Использование потенциометра R8 позволят точно установить опорное напряжение. Выход компаратора формирует уровни напряжения ±12 В, которые преобразуются элементами R9, VD1, VD2 в логические уровни: U 1 = 4.384 В, U 0 = - 0.263 В (при заданных U 0 =-0.5 В… +1.2 В, U 1 = +2.4 В … +5В).
На выходе тракта стоит буфер с коэффициентом передачи равным 1 (U4), согласующий выходное сопротивление тракта со входным сопротивлением нагрузки (2 кОм).
Рисунок 11 - Осциллограммы моделирования работы такта преобразования гармонического сигнала в логический.
1. “Искусство схемотехники”. - Пауль Хоровиц, Уинфилд Хилл., 1989 г.
2. Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине “Аналоговая схемотехника” для студентов дневной и заочной формы обучений - Тестоедов А.А., Васин - Севастополь, СевНТУ 2007 г.
Расчет коэффициентов фильтра с помощью Matlab. Фазово-частотная характеристика фильтра. Синтезирование входного сигнала в виде аддитивной смеси гармонического сигнала с шумом. Нерукурсивный цифровой фильтр, отличительная особенность и выходной сигнал. контрольная работа [4,6 M], добавлен 08.11.2012
Характеристика активных фильтров, требования, предъявляемые к ним. Разработка принципиальной схемы полосового фильтра. Анализ технического задания и синтез схемы устройства. Реализация фильтра Баттерворта. Выбор элементов схемы и операционного усилителя. курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2015
Построение графиков амплитудного и фазового спектров периодического сигнала. Расчет рекурсивного цифрового фильтра, цифрового спектра сигнала с помощью дискретного преобразования Фурье. Оценка спектральной плотности мощности входного и выходного сигнала. контрольная работа [434,7 K], добавлен 10.05.2013
Алгоритм расчета фильтра во временной и частотной областях при помощи быстрого дискретного преобразования Фурье (БПФ) и обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). Расчет выходного сигнала и мощности собственных шумов синтезируемого фильтра. курсовая работа [679,2 K], добавлен 26.12.2011
Разработка эквивалентной, принципиальной схемы электрического фильтра. Анализ спектрального состава входного сигнала и прохождения сигнала через электрический фильтр и усилитель. Синтез эквивалентных схем и проектирование схем радиотехнических устройств. курсовая работа [488,3 K], добавлен 08.02.2011
Разработка математической модели цифрового фильтра нижних частот. Структурная и электрическая принципиальная схемы системы с обоснованием выбора элементов. Время выполнения программы работы цифрового фильтра. Оценка инструментальной погрешности системы. курсовая работа [3,3 M], добавлен 13.06.2016
Структурная и принципиальная схемы усилителя для фоторезистора. Проектирование входного устройства. Расчет масштабирующего усилителя, блока регулировки, усилителя мощности. Разработка фильтра нижних частот, режекторного фильтра, источника питания. курсовая работа [2,2 M], 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



Разработка такта преобразования гармонического сигнала в логический курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Практическое задание по теме Диагностики характерологических особенностей личности
Реферат: Изучение возрастных и межполовых особенностей самооценки трех школьных возрастов
Дипломная работа по теме Анализ эффективности использования оборотных активов на примере предприятия ОАО УНТК
Реферат Заглавная Страница Оформление
Сочинение Про Ярославль На Английском
Курсовая работа: Проектирование цеха конвертерного передела
Доклад: Выживание при пожаре в самолете
Дипломная работа по теме Методы проектирования фотографики для современного рекламного графического дизайна
Розрахунок можливості використання сховищ для укриття робітників та службовців на обєктах господарської діяльності ВАТ в надзвичайних ситуаціях
Курсовая работа по теме Проблемы и перспективы конституционно-правового регулирования лоббистской деятельности
Шульчина Ирина Гинеколог Муж Москва Лрц Диссертация
Реферат: Электронное правительство в США
Реферат: Эффект плацебо
Реферат: Методические рекомендации Составитель: Л. Г. Гужова > Н. В. Мягтина владимир 2010 ббк 63. 3(2)+79. 1+71. 0]я7 Авторы : кандидат педагогических наук Л. Г. Гужова
Дипломная работа: Подсистема визуального отображения процесса интерпретации сетевых моделей в системе имитационного моделирования МИКРОСИМ
Евпатий Коловрат Сочинение 8 Класс Литература
Реферат по теме Организация микропроцессорных систем
Урок Работа Над Итоговым Сочинением 11 Класс
Реферат: Маркетинговая среда предприятия
Пособие по теме Концертмейстерский класс
Особливості функціонування іменників pluralia tantum "множинностi" в українській мові - Иностранные языки и языкознание дипломная работа
Автоматизированные информационные системы в экономике - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника контрольная работа
Семантическое поле - Иностранные языки и языкознание реферат