Xreferat.com » Рефераты по радиоэлектронике » Радиотехнические цепи и сигналы

Радиотехнические цепи и сигналы

студент группы ПС-366

Ковширко Д.А._____________

Проект защищён с оценкой

__________________________

__________________________

"___"________________2000 г.


Челябинск

2000


Южно-Уральский Государственный университет

Приборостроительный факультет

Кафедра "Цифровые радиотехнические системы"


Задание

по курсовой работе

студента группы ПС-366 Ковширко Дмитрия Александровича

  1. Тема работы: Преобразование частоты. Синхронное и асинхронное детектирование.

  2. Срок сдачи работы: 16 декабря 2000 г.

  3. Исходные данные к работе:

Таблица 1.

a2, mA/B2

г, гр.

Несущее колебание Смещен. Моделирующее Гетеродин

f0, кГц

Um, B

U0, B

Um, B

F, кГц

Umг, В

Fг, кГц


1.3

30 180

0.4



0,0.2


0.5

18

0.4

160
60 150 15 180
0 160 20 160
  • Выполнить подробный расчёт коэффициентов степенного ряда а0, а1, а2 по заданной ВАХ нелинейного элемента.

  • Рассчитать и построить спектрограммы входного напряжения и выходного тока детектора.

  • Самостоятельно подобрать параметры фильтров, обеспечив при этом выделение сигнала в верхней и нижней полосе частот. Показать влияние добротности фильтра на результаты фильтрации.

  • Привести аналитические выражения и изобразить фрагменты осциллограмм при детектировании немодулированного несущего колебания в синхронном и асинхронном режимах.

  • Получить распечатки всех шести вариантов задания.

  • В выводах дать подробнейший анализ всех расчётных и компьютерных вычислений.

  1. Содержание расчётно-пояснительной записки:

  • Расчёт коэффициентов степенного ряда.

  • Расчёт и построение спектрограмм входного напряжения и выходного тока.

  • Подбор параметров фильтра и выделение сигнала на НЧ и ВЧ.

  • Получение осциллограмм при детектировании немодулированного несущего колебания.

  1. Перечень графического материала: нет.

  2. Консультанты по работе с указанием относящихся к ним разделов:

  1. Расчёт коэффициентов степенного ряда ______ Никифоров Н.Т.

  2. Построение спектрограмм выходного тока ______ Никифоров Н.Т.

  3. Фильтрация выходного сигнала на НЧ и ВЧ ______ Никифоров Н.Т.

7. Дата выдачи: сентябрь 2000 г.

Руководитель: ______Никифоров Н.Т.

Задание принял к выполнению: ноябрь 2000 г. _______________


Аннотация.


Курсовая работа содержит полный расчёт спектрограмм выходных токов нелинейного элемента при детектировании в синхронном и асинхронном режимах (совпадение и несовпадение частот входного сигнала и гетеродина). Входной ток, воздействующий на нелинейный элемент, является АМ - колебанием.

Расчёт коэффициентов степенного ряда производится по вольт-амперной характеристике нелинейного элемента.

Для выделения НЧ и ВЧ сигнала на рассчитанный спектр накладывается фильтр низких частот и резонансный фильтр, параметры которых выбираются самостоятельно для каждого случая.

Для расчёта спектров в работе применяется программа MathCad 8.0, а для оформления работы использовался редактор Microsoft Word 97.

Все полученные в ходе расчёта спектров распечатки сведены в приложения к работе для более лёгкого ознакомления.


Содержание.


Введение……………………………………………………………………………………………….5

  1. Расчёт коэффициентов степенного ряда…………………………………………………………6

  2. Расчёт и построение спектрограмм выходного тока……………………………………………7

  3. Подбор параметров фильтров и фильтрация выходного тока………………………………….9

  4. Выводы……………………………………………………………………………………………10

Список литературы………………………………………………………………………………11

Приложения………………………………………………………………………………………12

Приложение 1. Спектры тока на выходе детектора…………………………………………...12

Приложение 2. Асинхронный режим детектирования при U0 = 0……………………………14

Приложение 3. Синхронный режим детектирования при U0 = 0……………………………..16

Приложение 4. Асинхронный режим детектирования при U0 = 0,2 В……………………….18

Приложение 5. Асинхронный режим детектирования при U0 = 0,2 В……………………….20


Введение.


При проектировании различных радиотехнических устройств нередко возникает задача переноса спектра сигнала в область более низких частот с сохранением формы и структуры сигнала. Такую задачу можно решить, если преобразуемый сигнал подать на вход нелинейного элемента одновременно с сигналом вспомогательного генератора, называемого гетеродином. В результате, мы получим исходный сигнал с той же структурой, но сдвинутый по оси частот.

Это свойство используется при детектировании АМ - колебания, которое заключается в выделении сигнала, пропорционального закону изменения амплитуды АМ колебания, т.е. выделяется сигнал, несущий полезную информацию. Таким образом, процесс детектирования является обратным процессу модулирования сигналов, и иногда называется демодуляцией.

Итак, при детектировании на вход детектора подаётся модулированный сигнал и сигнал гетеродина, а на выходе после прохождения фильтра низких частот выделяется сигнал соответствующий исходному моделирующему колебанию. Детектор называют синхронным, а детектирование происходит с минимальными искажениями, если частоты гетеродина и модулированного сигнала будут равны, и асинхронным, и, следовательно, детектирование с более сильными искажениями, если частоты неравны.

В предлагаемой курсовой работе рассматриваются оба режима детектирования: синхронный и асинхронный, исследуются факторы, влияющие на качество детектирования, такие как: параметры НЧ фильтров, их добротность.


1. Расчёт коэффициентов степенного ряда.


Для расчёта всех коэффициентов полинома второй степени можно воспользоваться графиком и аналитической формулой для ВАХ нелинейного элемента, которая имеет следующий вид:


Рис 1. ВАХ нелинейного элемента.


На рисунке 1 изображена ВАХ нелинейного элемента при заданном значении a2=1,3 мА/В2. Зная математическую зависимость для ВАХ, рассчитаем по формуле:


,


где U0 - это напряжение смещения рабочей точки,

коэффициенты a0 и a1, являющиеся соответственно током и крутизной ВАХ в рабочей точке. Т.к. задано два значения напряжения смещения U0, то получим шесть значений коэффициентов:

при U0 = 0 В получаем

мА

мА/В

мА/В2

при U0 = 0,2 В получаем

мА

мА/В

мА/В2


2. Расчёт и построение спектрограмм.


Запишем аналитические выражения для сигналов, которые подаются на вход детектора, а именно формулу для АМ - колебания:

, (2.1)

где - коэффициент модуляции,

- циклическая частота несущего колебания,

- циклическая частота моделирующего колебания,

и - амплитуды несущего и моделирующего колебаний,


Уравнение, описывающее колебания гетеродина:

, (2.2)

где - циклическая частота колебаний гетеродина,

- амплитуда колебаний гетеродина.


При степенной аппроксимации полиномом второй степени, выражение, описывающее сигнал на выходе детектора, будет иметь следующий вид:

(2.3)

где - колебание на входе детектора.


В нашем случае колебание на входе это сумма АМ - колебания и колебания гетеродина. Таким образом, подставив в выражение (2.3) вместо сумму выражений (2.1) и (2.2), раскрыв скобки, приведя подобные слагаемые и понизив степени, получим выражение полностью описывающее спектральный состав выходного тока. Выполнив все действия, получили, что:

(2.4)

Из выражения (2.4) можно легко получить спектральный состав выходного тока. Значение амплитуд гармоник соответствуют значения, стоящие перед косинусами, а значения частоты, на которой находятся гармоника, соответствует частоте в аргументе косинуса. Запишем формулы для вычисления амплитуд спектральных составляющих и соответствующих им частот:

- постоянная составляющая на нулевой частоте,

- на частоте , - на частоте , - на частоте ,

- на частоте 2, - на частоте 2, - на частоте 2,

- на частоте +, - на частоте -,

- на частоте +, - на частоте -,

- на частоте 2+, - на частоте 2-, (2.5)

- на частоте 2+2, - на частоте 2-2,

- на частоте , - на частоте ,

- на частоте , - на частоте ,

Таким образом, мы получили, что спектр выходного сигнала состоит из девятнадцати спектральных составляющих, значение которых вычисляются по формулам (2.5). Ниже приведены таблицы, содержащие значения спектральных составляющих и значения соответствующих им частот для всех шести вариантов задания.

Таблица 2. U0 = 0, f0 = 180кГц, F = 18кГц, fг = 160кГц

f, кГц 0 18 36 324 342 360 378 396

Аn, мА

0,4808 0,5023 0,08125 0,04063 0,2511 0,4814 0,2511 0,04063

Таблица 3. U0 = 0, f0 = 150кГц, F = 15кГц, fг = 180кГц

f, кГц 0 15 30 45 270 285 300 315 330 345 360

Аn,мА

0,29 0,344 0,258 0,13 0,04 0,13 0,185 0,225 0,208 0,13 0,104

Таблица 4. U0 = 0, f0 = 160кГц, F = 20кГц, fг = 160кГц

f, кГц 0 20 40 280 300 320 340 360

Аn, мА

0,4973 0,52 0,08125 0,04063 0,26 0,4973 0,26 0,04063

Таблица 5. U0 = 0.2, f0 = 180кГц, F = 18кГц, fг = 160кГц

f, кГц 0 2 18 20 36 38 160 162 180 198

Аn,мА

0,3413 0,13 0,26 0,208 0,0812 0,13 0,208 0,13 0,208 0,13
f, кГц 320 322 324 340 342 358 360 378 396

Аn,мА

0,104 0,13 0,0406 0,208 0,13 0,13 0,1853 0,13 0,0406

Таблица 6. U0 = 0.2, f0 = 150кГц, F = 15кГц, fг = 180кГц

f, кГц 0 15 30 45 135 150 165 180

Аn,мА

0,3413 0,3439 0,2584 0,13 0,13 0,208 0,13 0,208
f, кГц 270 285 300 315 330 345 360

Аn,мА

0,0406 0,13 0,1853 0,2252 0,231 0,13 0,104

Таблица 7. U0 = 0.2, f0 = 160кГц, F = 20кГц, fг = 160кГц

f, кГц 0 20 40 140 160 180 280 300 320 340 360

Аn,мА

0,549 0,52 0,081 0,13 0,416 0,13 0,041 0,26 0,497 0,26 0,041

Различное количество гармоник объясняется тем, что некоторые из девятнадцати составляющих находятся на одинаковых частотах, и поэтому складываются в одну составляющую на данной частоте. С помощью вышеприведённых таблиц строятся спектры выходных токов для всех шести вариантов, которые приведены в приложении 1, причём в таблицах 4 и 7 описаны спектры при синхронном детектировании, а в остальных при асинхронном. В приложении 1 номер рисунка, на котором изображён спектр сигнала, соответствует варианту, полученному из таблицы 1 задания к данной курсовой работе. Спектрограммы изображены в том же порядке, что и таблицы 2 - 7.


3. Подбор параметров фильтров и фильтрация выходного тока.


Чтобы исследовать получившийся на выходе детектора сигнал, целесообразно выделить из целого спектра отдельную его часть на частотах и , т.к. спектр входного колебания смещается по оси частот. Если при этом частота несущего колебания равна частоте гетеродина, то спектр на низких частотах содержит практически копию спектра моделирующего колебания. Поэтому, фильтруя отдельные части спектра, можно оценить качество детектирования. Для того чтобы из спектра выделить низкочастотные составляющие, будем использовать фильтр низких частот, а для выделения более высокочастотной части - резонансный полосовой фильтр. Зададим оба фильтра так, чтобы их АЧХ приблизились по форме и структуре к АЧХ соответствующих фильтров Баттерворта. Из параметров для полосового фильтра определим резонансную частоту ωр= и добротность Q = ωр/Δω, где Δω = 2*Ω - ширина полосы пропускания. Для фильтра НЧ зададим частоту среза fср = Ω. Аналитические выражения, описывающие передаточные функции фильтров, приведены ниже:

- для фильтра низких частот, (3.1)

- для полосового фильтра (3.2)

Для рассмотрения возьмём четыре различных варианта детектирования: синхронный режим для двух значений начального смещения и асинхронный режим для тех же значений U0. Все полученные распечатки и фрагменты осциллограмм представлены в приложениях 2 - 5, соответственно для каждого из вариантов. Изменяя при фильтрации значения добротности фильтров, можно добиться оптимального выделения сигналов из спектра. Так, увеличивая добротность полосового фильтра, можно избавиться от ненужных шумовых спектральных составляющих, однако одновременно существует риск слишком сильно ослабить боковые составляющие АМ колебания, что в свою очередь приведёт к изменению формы колебания, т.е. изменится коэффициент модуляции.

После фильтрации, полученные значения пропущенных фильтром

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

Похожие рефераты: