Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Министерство РФ по связи и информатизации

УрТИСИ СибГУТИ

(уральский филиал)


Курсовая работа

"Расчет элементов и узлов аппаратуры связи"


Выполнил: Плишкин М.Ю

Группа МЕ-72

Проверил: Зраенко С.М.


г. Екатеринбург

2010г

Оглавление


Введение

Техническое задание на устройство

Расчет автогенератора

Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя

5. Расчет развязывающего устройства

6. Расчет электрических фильтров

7. Расчет выходного усилителя

8. Заключение

9. Литература


1. Введение


Цель работы: в процессе данной работы необходимо спроектировать широко распространенное в аппаратуре связи устройство, вырабатывающее так называемую "сетку частот", то есть 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 предназначенные для согласования входных и выходных сопротивлений устройств, а так же для поддержания необходимого уровня формируемого сигнала. В качестве задающего автогенератора в работе используются схемы на биполярных транзисторах с пассивной лестничной RC-цепью обратной связи. При расчете автогенератора необходимо рассчитать: значения всех элементов схемы, амплитуду стационарного колебания на выходе генератора.

Нелинейный преобразователь строится на основе биполярных, полевых транзисторов или полупроводниковых диодах. Анализ схемы нелинейного преобразователя включает в себя аппроксимацию ВАХ нелинейного элемента и расчет спектрального состава выходного тока и напряжения.

В качестве активных фильтров используются активные полосовые RC-фильтры на основе операционных усилителях с полиномиальной аппроксимацией частотной характеристики полиномами Чебышева. Развязывающие (усилительные) устройства представляют собой масштабирующие усилители на интегральных микросхемах.


2. Техническое задание на устройство


Технические требования к устройству.

Заданные параметры Обозначения
Требования к автогенератору
Тип автогенератора Схема 1
Тип транзистора КТ301
Частота генерации fГ=3*10^5 Гц
Напряжение питания Uпит авт=18 В
Сопротивление коллекторной цепи Rк=3 кОм
Требования к нелинейному элементу
Тип нелинейного преобразователя Схема 3
Тип нелинейного элемента 2Д104А
Напряжение смещения U0=-3 В
Напряжение питания Uпит=-0.5 В
Напряжение на входе Um= 1.3 В
Требования к электрическим фильтрам
Напряжение питания Uпит Ф=10 В
Набор выделяемых частот 1 гармоника
Выходное напряжение Um вых=8 В
Ослабление полезных гармоник (неравномерность ослабления в полосе пропускания) ΔА=0,5 дБ
Степень подавления мешающих гармоник (ослабления в полосе пропускания) Аmin=36 дБ
Требования к развязывающим и усилительным устройствам
Напряжение питания Uпит ус=10 В



3. Расчет автогенератора


Рассчитаем RC-автогенератор на биполярных транзисторах 2Т658А, схема 1.

Частота генерации fГ=20 кГц

Напряжение питания Uпит авт=30 В

Сопротивление нагрузки в коллекторной цепи Rк=1,5 кОм


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Схема 1


В стационарном режиме работы автогенератора на частоте генерации Расчет элементов и узлов аппаратуры связи должны выполняться условия баланса амплитуд и баланса фаз:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


где Расчет элементов и узлов аппаратуры связи - модули передаточных функций Расчет элементов и узлов аппаратуры связи;

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи - аргументы этих передаточных функций.

Для данной схемы


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Отсюда видно, что Расчет элементов и узлов аппаратуры связи, следовательно, для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы цепь обратной связи вносила сдвиг фаз, равный Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.

Получаем выражение для частоты генерации


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


и коэффициент передачи цепи обратной связи на частоте генерации


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Входное сопротивление Rн составного транзистора


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


где Расчет элементов и узлов аппаратуры связи - коэффициент усиления транзистора по току (для VT1);

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи - входное сопротивление транзистора VT2

Для определения Расчет элементов и узлов аппаратуры связи нужно выбрать рабочую точку транзистора.

Для этого вначале строим проходную характеристику транзистора Iк=F(Uбэ) зависимость действующего значения тока в выходной цепи от входного напряжения Uбэ.

Исходными данными для построения проходной характеристики являются:

– входная характеристика транзистора Iб=F(Uбэ) (Рис. 1)

– выходная характеристика транзистора Iк=F(Uкэ) (Рис. 2)

На семействе выходных характеристик транзистора Кт301 (Рис. 1) проводим нагрузочную прямую через точки с координатами (0, Uпит )и (Uпит / Rк, 0)

По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками строим промежуточную характеристику Iк=F(Iб) (рис 3)


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 1


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 2


∆Iб = 25 мкА


Iб. mА 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125
Iк.mА 0,1 1,1 2,05 3 3,9 4,2

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 3

Используя полученную зависимость (Рис. 3) и входную характеристику Iб=F(Uбэ) (Рис. 1), определяем требуемую зависимость Iк=F(Uбэ) (Рис. 4)


Uбэ, В 0.3 0.4 0.5 0.55 0.61 0,63
Iб. mА 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125
Iк. mА 0,1 1,1 2,05 3 3,9 4,2

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 4


По проходной характеристике определяют положение рабочей точки. Зададимся значением Uбэ0 = 0,5В - это середина линейного участка проходной ВАХ

Тогда по входной ВАХ транзистора определяют в рабочей точке


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи=Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Коэффициент усиления транзистора по току


Расчет элементов и узлов аппаратуры связиРасчет элементов и узлов аппаратуры связи

Зная Расчет элементов и узлов аппаратуры связи, можно рассчитать сопротивление Расчет элементов и узлов аппаратуры связи составного транзистора:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Из ряда номинальных значений резистор Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Из условия Расчет элементов и узлов аппаратуры связи выберем значение Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.

Определим амплитуду стационарного колебания на выходе генератора. Для этого построим колебательную характеристику Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.

Значение средней крутизны для разных значений Uбэ определим по методу 3-х ординат по формуле:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


U1(бэ). В 0,05 0,1 0,15 0,2
Iк мАx. мА 3 3,8 4,2 4,2
Iк мин. мА 1,5 1,1 0,6 0
Sср. мА/В 15 13,5 12 10,5

По этой таблице построим колебательную характеристику Рис. 5.

Для определения по колебательной характеристике стационарного действующего значения Uбэ необходимо рассчитать значение средней крутизны в стационарном режиме Расчет элементов и узлов аппаратуры связи. Известно, что Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.


Но из баланса амплитуд


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 5


Тогда


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Определим значение Расчет элементов и узлов аппаратуры связи для рассчитанных значений Rн и R


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Для этого значения Расчет элементов и узлов аппаратуры связи средняя стационарная крутизна Расчет элементов и узлов аппаратуры связи располагается ниже колебательной характеристики, и поэтому в схеме будет происходить генерация колебаний.

Используем колебательную характеристику и ее значение средней крутизны в стационарном режиме, найдем действующее значение напряжения Расчет элементов и узлов аппаратуры связи. Оно равно Расчет элементов и узлов аппаратуры связи. Тогда напряжение на выходе генератора в стационарном режиме найдем из соотношения:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Определим значение емкости в цепи обратной связи. Из выражения для частоты Расчет элементов и узлов аппаратуры связи найдем


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Емкость CР разделительного конденсатора выберем из условия Расчет элементов и узлов аппаратуры связи. Возьмем СР=0,1 нФ

Определим значение сопротивления Rб, задающего рабочую точку Uбэ0, Iбэ0. Рассчитаем по формуле :


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Выберем резистор с номиналом Rб=5,6 кОм.


R

кОм

Rк кОм

кОм

C

пФ

C р

нФ

30 1,5 5,6 47 0,1

4. Расчет спектра сигнала выходе нелинейного преобразователя


Требуется рассчитать спектр тока и напряжения на выходе нелинейного преобразователя

Схема нелинейного преобразователя (схема 2)

Тип нелинейного элемента КП303Е

Напряжение на входе Um=3 В

Напряжение смещения U0=-3 В


Расчет элементов и узлов аппаратуры связиРасчет элементов и узлов аппаратуры связи


5. Расчет развязывающего устройства


Амплитуда напряжения на выходе автогенератора больше амплитуды напряжения, которое следует подать на вход нелинейного преобразователя, следовательно, его необходимо ослабить. Для этого используем схему 3, которую подключим между генератором и нелинейным преобразователем.


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Схема 3

Передаточная функция этой схемы :


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Так как


Um вх=3 В, а Um вых ген=2,32 В,


тогда


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Зададим R1=30 кОм, получим Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


R1 R2
30 кОм 39 кОм

Продолжим расчет нелинейного преобразователя.

Используя проходную ВАХ транзистора, графически определим вид тока на выходе нелинейного преобразователя

Для расчета тока и напряжения на выходе нелинейного преобразователя необходимо сделать аппроксимацию ВАХ. Амплитуда выходного сигнала достаточно велика, поэтому выберем кусочно-линейную аппроксимацию


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

По ВАХ определяем Uотс=-2,7 В

Для расчета крутизны S выбираем любую точку на прямой, аппроксимирующей ВАХ, Расчет элементов и узлов аппаратуры связи;Расчет элементов и узлов аппаратуры связи ,тогда:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Рассчитаем угол отсечки


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Вычислим функции Берга


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи; Расчет элементов и узлов аппаратуры связи; Расчет элементов и узлов аппаратуры связи ;Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Постоянные составляющие и амплитуды гармоник спектра тока IВЫХ рассчитаем по формуле


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи, где к=0,1,2,3, …


Ограничимся третьей гармоникой


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи; Расчет элементов и узлов аппаратуры связи; Расчет элементов и узлов аппаратуры связи; Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Напряжение на выходе нелинейного преобразователя считаем по формуле


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи; Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Амплитуды гармоник выходного напряжения


Um0=0,806В; Um1=1,531 В; Um2=0,736; В Um3=0,907 В


Спектры амплитуд тока и напряжения на (Рис 6) (Рис 7)


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 6


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 7

6. Расчет полосового фильтра


Рассчитать полосовой фильтр для выделения первой гармоники при частоте генерируемых колебаний fГ=50 кГц. Неравномерность ослабления в ПЭН:Расчет элементов и узлов аппаратуры связи, минимально допустимое ослабление в ПЕН:Аmin=40 дБ.

Частота первой гармоники равна 50 кГц, тогда, f0=50 кГц.

Характеристика ослабления фильтра должна обладать геометрической симметрией относительно выделяемой гармоники (Рис 8)


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 8


По заданным данным ΔА и Аmin определим вспомогательную функцию D (Рис 9)


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Рис 9

Затем, задавшись приемлемым значением порядка фильтра-прототипа n=3, для полученного значения D=50(рис.13) определим нормированную частоту, соответствующую границе ПЭН НЧ-прототипа: Ω3= 4,5

Находим граничные частоты ПЭП и ПЭН.


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Так как Расчет элементов и узлов аппаратуры связи, то задавшись f3=55 кГц, т.е.


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Найдем


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.


Учитывая соотношение Расчет элементов и узлов аппаратуры связи, определим


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Решим совместно систему


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Получаем:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Отсюда получаем граничные частоты:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Полюса передаточной функции НЧ-прототипа:


S1=-494171Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Для отыскания полюсов передаточной функции ПФ, используем соотношение:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

где Расчет элементов и узлов аппаратуры связи; Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.


Номер

полюса

Полюса Н(р) полосового фильтра

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

1,2

3,4

5.6

0.4851

0.3184

0.3615

13,7575

11,8987

13,1648


Запишем передаточную функцию ПФ в виде произведения трех сомножителей второго порядка


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

где Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Коэффициенты при р в знаменателях сомножителей Расчет элементов и узлов аппаратуры связи, а свободные члены


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи.


Номер

Сомножителя

Значения коэффициентов

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

1

2

3

0,7645

0,7645

0,7645

0.9702

0,6368

0,7230

1,895

1,4168

1,7341


Тогда передаточная функция искомого ПФ запишется:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Для реализации полученной передаточной функции выберем тип звеньев, для чего вначале найдем добротности полюсов соответствующих сомножителей, пользуясь соотношением


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


В результате получим:


Q1=7,5, Q2=6,2,Q3=7,2.


Выберем для обоих звеньев схему 4. Для поиска элементов звена, соответствующего первому сомножителю H(p), составим систему уравнений:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Зададимся С1=4 нФ, С2=5 нФ,

Решая систему относительно элементов R1, R2, R3, получаем:


R1=10,92 кОм, R2=56 Ом, R3=46,4 кОм


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Схема 4


Элементы 1-го звена
R1 кОм R2 Ом R3 кОм C1 нФ C2 нФ
11 56 47 3,9 5,1

Поступая аналогичным образом находим элементы второго звена.


Элементы 2-го звена
R1 кОм R2 Ом R3 кОм C1 нФ C2 нФ
11 51 68 3,9 5,1

Поступая аналогичным образом находим элементы третьего звена.


Элементы 3-го звена
R1 кОм R2 Ом R3 кОм C1 нФ C2 нФ
11 47 62 3,9 5,1

Для расчета АЧХ и ослабления фильтра в выражении H(p) сделаем замену p=jω тогда |H(jω)| запишется:


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Ослабление фильтра связано с АЧХ выражением


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Найдем частоты ПЭП, при которых А и АЧХпринимают максимальные и минимальные значения.


Ω1 min= 0, Ω1 мАx=0,5 , Ω2 мАx=1, Ω2 min=0,866


Для нахождения соответствующих частот ПФ используем соотношение


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи


Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Расчет элементов и узлов аппаратуры связи

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: