Расчет элементов и узлов аппаратуры связи
Проектирование устройства вырабатывающего "сетку частот", то есть набор гармонических колебаний заданных частот. Схема и принцип работы автогенератора. Расчет сигнала на выходе нелинейного преобразователя, электрических фильтров и выходного усилителя.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.05.2015 |
| Размер файла | 844,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство связи
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Сибирский Государственный Университет
Телекоммуникаций и Информатики»
Кафедра ТЭЦ
Курсовая работа
Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи
Выполнил студент группы М-65
Рябич А.В.
Проверил профессор
Рясный Ю.В.
Новосибирск
2008
Содержание
- Введение
- 1. Расчет автогенератора
- 2. Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя
- 3. Расчет электрических фильтров
- 4. Расчет выходного усилителя
- Заключение
- Список используемой литературы
- Введение
- частота колебание усилитель преобразователь
- 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.
1. Расчет автогенератора
Рассчитать RC-генератор, выполненный по схеме «Б» (см. рисунок 1) на биполярном транзисторе 2Т658В.
Рисунок 1 Схема автогенератора электрическая принципиальная
Частота генерации fг =7,2 кГц
Напряжение питания Uпит авт = 8 В
Сопротивление нагрузки на коллекторной цепи Rк= 400 Ом
В стационарном режиме работы автогенератора на частоте генерации щг=2р fг должны выполняться условия баланса амплитуд и баланса фаз:
,
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 2Т658В (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
|
Iб, мА |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
|
Iк, мА |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
11,8 |
13 |
14,1 |
15,8 |
17 |
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)
|
Uбэ, В |
0 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
|
|
Iб, мА |
0 |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
0,8 |
1,25 |
1,75 |
|
|
Iк, мА |
0 |
2 |
5 |
10 |
14,1 |
17,5 |
17,5 |
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 200 Ом.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2 упрощенная эквивалентная схема замещения активного элемента
Рисунок 3 Входная характеристика биполярного транзистора 2Т658В
Рисунок 4 Выходная характеристика биполярного транзистора 2Т658В
Рисунок 5 промежуточная характеристика Iк=F(Iб) транзистора 2Т658В
Рисунок 6 Проходная характеристика транзистора 2Т658В
Коэффициент усиления транзистора по току:
Зная и в, можно рассчитать сопротивление Rн составного транзистора:
Rн = в*=18,2*0,2·103=3,64 кОм
Rн выдираем равным 3,6 кОм. Из условие R>>Rк нужно было бы выбрать величину 10 кОм, но эту величину еще нужно уточнить при дальнейших расчетах.
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:
Таблица 3 - Расчет крутизны
|
Ui(бэ),В |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
|
|
Iк max, мА |
14,1 |
17 |
17,5 |
17,5 |
17,5 |
17,5 |
|
|
Iк min, мА |
5 |
2 |
0,8 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Sср, мА/В |
91 |
75 |
55,7 |
43,8 |
29 |
21,9 |
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
.
Определяем значения для рассчитанных значений Rн и R.
Рисунок 7 Колебательная характеристика контура
mA/B
Для этого расчетного значения средняя стационарная крутизна =150 мА\В располагается выше колебательной характеристики, и поэтому схема не будет генерировать колебания.
Для понижения значения увеличим значение Rк до 1кОм.
Тогда
mA/B
Используя колебательную характеристику и зная значение средней крутизны в стационарном режиме Sср* = 60 мА/В, легко найти стационарное действующее значение напряжения Uбэ*. Оно равно Uбэ* = Uвх = 0,14 В. Тогда напряжение на выходе генератора в стационарном режиме можно найти из соотношения:
Uвых = Uвх· Hус(щг) = 0,14·60 = 8,4 В.
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=22мкФ.
Осталось определить только значение сопротивления Rб, задающего рабочую точку Uбэ0, Iбэ0. Рассчитаем его по формуле:
кОм
Выбираем резистор с номиналом R=280кОм.
Амплитуда напряжения на выходе генератора не равна заданной амплитуде напряжения на входе нелинейного преобразователя. Тогда между ним и генератором включают масштабный усилитель, усиление которого выбирается из условия равенства указанных напряжений.
При подключении нелинейного преобразователя к автогенератору необходимо обеспечить развязку этих устройств. Это означает, что входное сопротивление НП должно быть намного больше выходных сопротивлений автогенератора.
Для ослабления сигнала подойдет следующая схема:
Рисунок 8 Схема усилителя электрическая принципиальная
Комплексная передаточная функция такого сигнала:
Данная схема выполнена на ОУ, одновременно обеспечивает и развязку генератора и преобразователя, т.к высокое входное и малое выходное сопротивление.
Uвых ген = 8,4 В
Uвх нп = 0,7 В
Подставим в формулу Hус(jщ), имеем:
Пусть R1 = 20 кОм, следовательно, R2 = 1,65 кОм.
2. Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя
Рисунок 9 Схема нелинейного преобразователя принципиальная.
Тип нелинейного элемента ГД107А
Напряжение на выходе Um=0,7 В
Напряжение смещения U0=0 В
Сопротивление нагрузки Rн=50 Ом
На рисунке 3 показана проходная ВАХ диода ГД107А и форма тока в цепи при кусочно-линейной аппроксимации.
На вход подается напряжение вида
u=U0+Um cos щt=0.7 cos щt.
График тока имеет характерный вид косинусоидальных импульсов с отсечкой. Половина той части периода, в течении которой протекает ток, называется углом отсечки.
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(0.5-0)/0.7= arcos 0.71428=0,77518 рад=49.35є.
Ток на интервале отличен от нуля и определяется как:
Imk=SUm(cos щt- cos и)= SUmгk(и)
где k=0,1,2…гk функция Берга.
Крутизна рассчитывается:
S=Iк/(Uбэ-Uотс)=16/(0.7-.05)=80 (мА/В)
Определяем графически форму импульсов тока и амплитуду импульсов тока Imax=18 мА (рисунок 12) и напряжение на нагрузке Uн max, где
Uн max=Imax*Rн=0,018*50=0,9 В
Посчитаем значение функции Берга:
Постоянная составляющая и амплитуды гармоник спектра тока Iвых рассчитываются по формуле:
Imk = S·Um·гk(и), где к = 0,1,2,3,4.
Ограничимся четвертой гармоникой, имеем:
I0 = 2,576 мА
Im1 = 4,816 мА
Im2 = 3,92 мА
Im3 = 2,8 мА
Im4 = 1,68 мА
Напряжение на выходе нелинейного преобразователя: Uвых = Iвых·Rн
Амплитуды гармоник выходного напряжения:
Um1 = 240,8 mВ
Um2 = 196 mВ
Um3 = 140 mВ
Um4 = 84 mВ
Рисунок 10 Амплитудный спектр импульсов напряжения
Рисунок 11 Амплитудный спектр импульсов тока
Рисунок 12 График зависимости тока от напряжения, тока от частоты и щt=F(U).
4. Расчет электрических фильтров
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.
Рисунок 14
Рисунок 15
При этом вначале по заданным значениям ДА=3дБ и Amin=36,9дБ определяют вспомогательную функцию D=36,9 (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 третьей гармоники. Требуется рассчитать полосовой фильтр для выделения третьей гармоники при частоте генерируемых колебаний 7,2 кГц. Неравномерность ослабления в ПЭП ДА=3дБ, минимально допустимое ослабление в ПЭН Amin=36,9дБ.
Частота 3-ей гармоники равна 21,6 кГц, следовательно f0 =21,6 кГц.
Найдем граничные частоты ПЭП и ПЭН.
щ0=2рfj=2*3,14*21600=135716,8 рад/с.
Так как , то задавшись f3 =25,2 кГц, т.е. щ3=158336,3 рад/с, найдем щ'3; щ'3= щ20/щ3=116328,7. Учитывая соотношение , определим
Дщ= щ2-щ'2 = =16156,8 рад/с.
Решая совместно систему
,
получаем
щ'2= 127878,6 рад/с;
щ2=144035,4 рад/с.
Таким образом граничные частоты:
f2=22,923 кГц (щ2=144035,4 рад/с);
f'2=20,353 кГц (щ'2=127878,6 рад/с);
f3=25,2 кГц (щ3=158336,3 рад/с);
f'3=18,514 кГц (щ3=116328,7 рад/с).
Пользуясь методическими указаниями найдем полюсы передаточной функции НЧ-прототипа: S1=-0,29862; S2,3=-0,14931±j0,903813.
Для отыскания полюсов передаточной функции воспользуемся соотношением:
,
Дщ/2=16156,8/2=8078,4 рад/с;
щ20=135716,82=1,8419*1010 (рад/с) 2.
Полученные значения полюсов представим в таблице:
Таблица 4 Полюсы H(p) полосового фильтра
|
Номер полюса |
Полюсы H(p) полосового фильтра |
||
|
-б*104 |
±jщ*104 |
||
|
1,2 |
0,241196 |
13,569537 |
|
|
3,5 |
0,114120 |
12,860753 |
|
|
4,6 |
0,127076 |
14,320779 |
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
|
Номер сомножителя |
Значения коэффициентов |
|||
|
bi*104 |
ai*104 |
a0i*1010 |
||
|
1 |
1,01862 |
0,4824 |
1,8424921 |
|
|
2 |
1,01862 |
0,2282 |
1,6544253 |
|
|
3 |
1,01862 |
0,2542 |
2,0515805 |
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=28,13, Q2=59,13, Q3=54,06. Для реализации всех сомножителей выбираем схему приведенную ниже:
Рисунок 16 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
рад/с.
Таким образом
R1= R2=1/(1,357·105·5·10-9)=1,473 кОм.
Решая систему относительно элементов R5, R3, R4 получим:
R5=41,459 кОм R3=1,326 кОм R4=1,638 кОм.
Поступая аналогичным образом найдем элементы второго и третьего звена, а результаты вычислений сведем в таблицу:
Таблица 6 - Рассчитанные значения элементов полосового фильтра
|
Элементы 1-ого звена |
|||||||
|
R1, кОм |
R2, кОм |
R3, кОм |
R4, кОм |
R5, кОм |
С6, нФ |
С7, нФ |
|
|
1,473 |
1,473 |
1,326 |
1,638 |
41,459 |
5 |
5 |
|
|
Элементы 2-ого звена |
|||||||
|
R8, кОм |
R9, кОм |
R10, кОм |
R11, кОм |
R12, кОм |
С13, нФ |
С14, нФ |
|
|
1,555 |
1,555 |
0,449 |
5,386 |
87,642 |
5 |
5 |
|
|
Элементы 3-ого звена |
|||||||
|
R15, кОм |
R16, кОм |
R17, кОм |
R18, кОм |
R19, кОм |
С20, нФ |
С21, нФ |
|
|
1,396 |
1,396 |
0,464 |
4,199 |
78,678 |
5 |
5 |
Схема полосового фильтра на рисунке 16.
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 18) и зависимость ослабления от частоты полосового фильтра (рисунок 19).
Рисунок 17 Схема электрическая принципиальная трехзвенного полосового фильтра
Таблица 7 - Результаты расчета характеристик фильтра
|
щ |
щ'3 |
щ'2 |
щmin1 |
щmax1 |
щ0 |
щmax2 |
щmin2 |
щ2 |
щ3 |
|
|
щ, рад/с |
116329 |
127879 |
128901 |
131738 |
135717 |
139816 |
142893 |
144035 |
158336 |
|
|
f, кГц |
18,51 |
20,35 |
20,52 |
20,97 |
21,60 |
22,25 |
22,74 |
22,92 |
25,20 |
|
|
|H(jщ)|1 |
0,24 |
0,60 |
0,69 |
1,09 |
2,11 |
1,08 |
0,69 |
0,6 |
0,24 |
|
|
|H(jщ)|2 |
0,39 |
3,75 |
4,33 |
1,54 |
0,73 |
0,47 |
0,37 |
0,35 |
0,19 |
|
|
|H(jщ)|3 |
0,17 |
0,31 |
0,34 |
0,42 |
0,65 |
1,39 |
3,88 |
3,23 |
0,35 |
|
|
A1, дБ |
12,37 |
4,38 |
3,25 |
-0,72 |
-6,49 |
-0,69 |
3,25 |
4,48 |
12,36 |
|
|
A2, дБ |
8,13 |
-11,49 |
-12,73 |
-3,73 |
2,78 |
6,54 |
8,54 |
9,23 |
14,48 |
|
|
A3, дБ |
15,41 |
10,11 |
9,48 |
7,46 |
3,71 |
-2,85 |
11,79 |
10,19 |
9,06 |
|
|
|H(jщ)| фильтра |
0,02 |
0,71 |
1 |
0,71 |
1 |
0,71 |
1 |
0,67 |
0,02 |
|
|
Афильтра, дБ |
35,91 |
2,99 |
0 |
3 |
0 |
3 |
0 |
3,53 |
35,90 |
Рисунок 18 График зависимости |H(jщ)|=F(f) полосового фильтра
Рисунок 19 График зависимости A=F(f) полосового фильтра
Расчет электрического фильтра для четвертой гармоники
Требуется рассчитать полосовой фильтр для выделения четвертой гармоники при частоте генерируемых колебаний 7,2 кГц. Неравномерность ослабления в ПЭП ДА=3дБ, минимально допустимое ослабление в ПЭН Amin=36,9дБ.
Частота 4-ой гармоники равна 28,8 кГц, следовательно f0 =28,8 кГц.
Найдем граничные частоты ПЭП и ПЭН.
щ0=2рfj=2*3,14*28800=180955,7 рад/с.
Так как , то задавшись f3 =32,4 кГц, т.е. щ3=203575,2 рад/с, найдем щ'3; щ'3=щ20/щ3=160849,5. Учитывая соотношение , определим
Дщ= щ2-щ'2 = =16433 рад/с.
Решая совместно систему
,
получаем
щ'2= 172925,64 рад/с;
щ2=189358,64 рад/с.
Таким образом граничные частоты:
f2=30,137 кГц (щ2=189358,64 рад/с);
f'2=27,521 кГц (щ'2=172925,64 рад/с);
f3=32,4 кГц (щ3=203575,2 рад/с);
f'3=25,6 кГц (щ3=160849,5 рад/с).
Пользуясь методическими указаниями найдем полюсы передаточной функции НЧ-прототипа: S1=-0,29862; S2,3=-0,14931±j0,903813.
Для отыскания полюсов передаточной функции воспользуемся соотношением:
,
где Дщ/2=16433/2=8216,5 рад/с;
щ20=180955,72=3,2745*1010 (рад/с) 2.
Полученные значения полюсов представим в таблице:
Таблица 8 Полюсы H(p) полосового фильтра
|
Номер полюса |
Полюсы H(p) полосового фильтра |
||
|
-б*104 |
±jщ*104 |
||
|
1,2 |
0,245324 |
18,093911 |
|
|
3,5 |
0,117633 |
17,367880 |
|
|
4,6 |
0,127691 |
18,852892 |
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
|
Номер сомножителя |
Значения коэффициентов |
|||
|
bi*104 |
ai*104 |
a0i*1010 |
||
|
1 |
1,0359 |
0,4906 |
3,2744978698 |
|
|
2 |
1,0359 |
0,2353 |
3,0165708321 |
|
|
3 |
1,0359 |
0,2554 |
3,5544785439 |
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=36,88, Q2=73,81, Q3=73,82. Для реализации всех сомножителей выбираем схему приведенную ниже. Ее передаточная функция:
Рисунок 20 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
рад/с.
Таким образом
R1= R2=1/(1,8069·105·5·10-9)=1,105 кОм.
Решая систему относительно элементов R5, R3, R4 получим:
R3=0,994 кОм, R4=1,228 кОм, R5=40,766 кОм.
Поступая аналогичным образом найдем элементы второго и третьего звена, а результаты вычислений сведем в таблицу:
Таблица 10 - Рассчитанные значения элементов полосового фильтра
|
Элементы 1-ого звена |
|||||||
|
R1, кОм |
R2, кОм |
R3, кОм |
R4, кОм |
R5, кОм |
С6, нФ |
С7, нФ |
|
|
1,105 |
1,105 |
0,994 |
1,228 |
40,766 |
5 |
5 |
|
|
Элементы 2-ого звена |
|||||||
|
R8, кОм |
R9, кОм |
R10, кОм |
R11, кОм |
R12, кОм |
С13, нФ |
С14, нФ |
|
|
1,152 |
1,152 |
0,338 |
3,918 |
84,998 |
5 |
5 |
|
|
Элементы 3-ого звена |
|||||||
|
R15, кОм |
R16, кОм |
R17, кОм |
R18, кОм |
R19, кОм |
С20, нФ |
С21, нФ |
|
|
1,061 |
1,061 |
0,347 |
3,242 |
78,309 |
5 |
5 |
Схема полосового фильтра приводилась на рисунке 16 выше.
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
|
щ |
щ'3 |
щ'2 |
щmin1 |
щmax1 |
щ0 |
щmax2 |
щmin2 |
щ2 |
щ3 |
|
|
щ, рад/с |
160850 |
172926 |
173980 |
176962 |
180956 |
185040 |
188087 |
189359 |
203575 |
|
|
f, кГц |
25,60 |
27,52 |
27,69 |
28,16 |
28,80 |
29,45 |
29,93 |
30,14 |
32,40 |
|
|
|H(jщ)|1 |
0,24 |
0,60 |
0,69 |
1,09 |
2,11 |
1,08 |
0,70 |
0,60 |
0,24 |
|
|
|H(jщ)|2 |
0,39 |
3,68 |
4,27 |
1,51 |
0,72 |
0,47 |
0,37 |
0,34 |
0,19 |
|
|
|H(jщ)|3 |
0,17 |
0,32 |
0,34 |
0,43 |
0,66 |
1,40 |
0,37 |
3,39 |
0,36 |
|
|
A1, дБ |
12,36 |
4,39 |
3,24 |
-0,75 |
-6,49 |
-0,70 |
3,08 |
4,39 |
12,36 |
|
|
A2, дБ |
8,25 |
-11,32 |
-12,60 |
-3,58 |
2,89 |
6,64 |
8,56 |
9,29 |
14,57 |
|
|
A3, дБ |
15,28 |
10,00 |
9,36 |
7,33 |
3,60 |
2,94 |
-11,59 |
-10,60 |
8,97 |
|
|
|H(jщ)| фильтра |
0,02 |
0,70 |
1,00 |
0,71 |
1,00 |
0,71 |
0,99 |
0,70 |
0,02 |
|
|
Афильтра, дБ |
35,90 |
3,07 |
0 |
3 |
0 |
3 |
0,05 |
3,08 |
35,90 |
Рисунок 21 график зависимости |H(jщ)|=F(f) полосового фильтра
Рисунок 22 график зависимости A=F(f) полосового фильтра
Расчет выходного масштабирующего усилителя
Для усиления на первом выходе
Требуемое выходное напряжение устройства выделения третьей гармоники Uвых треб=3,2В (амплитудное значение). Из предыдущих расчетов известно, что амплитуда напряжения третьей гармоники Um2=0,2089В. Тогда амплитуда напряжения на выходе фильтра будет:
В.
Требуемый коэффициент усиления
К=Uвых треб/Uвых ф=3,2/0,2089=15,32.
У выбранной схемы зададимся значением R1=3кОм, тогда
R2=К* R1=15,32*3000=45,96 кОм.
Рисунок 23 Схема усилителя электрическая принципиальная
Для усиления на втором выходе
Требуемое выходное напряжение устройства выделения четвертой гармоники Uвых треб=3,2В (амплитудное значение). Из предыдущих расчетов известно, что амплитуда напряжения четвертой гармоники Um2=0,14544 В. Тогда амплитуда напряжения на выходе фильтра будет:
В.
Требуемый коэффициент усиления
К=Uвых треб/Uвых ф=3,2/0,14544=22.
У выбранной схемы зададимся значением R1=3кОм, тогда
R2=К· R1=22·3000=66 кОм.
Схема устройства приведена выше на рисунке 23.
Таблица 12 Спецификации
|
№ элемента |
Тип элемента |
Мощность (для R ) Вт |
Напряжение(для С ) В |
Номиналы |
Допуск |
|
|
R1,R2,R3 |
МЛТ |
0,25 |
10 кОм |
±5% |
||
|
R4 |
МЛТ |
0,25 |
280 кОм |
±5% |
||
|
R5 |
МЛТ |
0,25 |
0,4 кОм |
±5% |
||
|
R6 |
МЛТ |
0,25 |
20 кОм |
±5% |
||
|
R7 |
МЛТ |
0,25 |
1,65 кОм |
±5% |
||
|
R8 |
МЛТ |
0,25 |
50 Ом |
±5% |
||
|
R9,R10 |
МЛТ |
0,25 |
10 кОм |
±5% |
||
|
R11, R12 |
МЛТ |
0,25 |
1,47 кОм |
±5% |
||
|
R13 |
МЛТ |
0,25 |
1,33 Ом |
±5% |
||
|
R14 |
МЛТ |
0,25 |
1,65 кОм |
±5% |
||
|
R15 |
МЛТ |
0,25 |
41,2 кОм |
±5% |
||
|
R16,R17 |
МЛТ |
0,25 |
1.54 кОм |
±5% |
||
|
R18 |
МЛТ |
0,25 |
0,5 кОм |
±5% |
||
|
R19 |
МЛТ |
0,25 |
5,36 кОм |
±5% |
||
|
R20 |
МЛТ |
0,25 |
88,7 кОм |
±5% |
||
|
R21, R22 |
МЛТ |
0,25 |
1,4 кОм |
±5% |
||
|
R23 |
МЛТ |
0,25 |
0.5 кОм |
±5% |
||
|
R24 |
МЛТ |
0,25 |
4,22 кОм |
±5% |
||
|
R25 |
МЛТ |
0,25 |
78,7 кОм |
±5% |
||
|
R26 |
МЛТ |
0,25 |
3 кОм |
±5% |
||
|
R27 |
МЛТ |
0,25 |
45,3 кОм |
±5% |
||
|
R28, R29 |
МЛТ |
0,25 |
1,1 кОм |
±5% |
||
|
R30 |
МЛТ |
0,25 |
1 кОм |
±5% |
||
|
R31 |
МЛТ |
0,25 |
1,24 кОм |
±5% |
||
|
R32 |
МЛТ |
0,25 |
40,2 кОм |
±5% |
||
|
R33, R34 |
МЛТ |
0,25 |
1.15 кОм |
±5% |
||
|
R35 |
МЛТ |
0,25 |
0,34 кОм |
±5% |
||
|
R36 |
МЛТ |
0,25 |
3,9 кОм |
±5% |
||
|
R37 |
МЛТ |
0,25 |
84,5 кОм |
±5% |
||
|
R38, R39 |
МЛТ |
0,25 |
1 кОм |
±5% |
||
|
R40 |
МЛТ |
0,25 |
0,348 кОм |
±5% |
||
|
R41 |
МЛТ |
0,25 |
3,24 кОм |
±5% |
||
|
R42 |
МЛТ |
0,25 |
78,7 кОм |
±5% |
||
|
R43 |
МЛТ |
0,25 |
3 кОм |
±5% |
||
|
R44 |
МЛТ |
0,25 |
66,5 кОм |
±5% |
||
|
С1,С2,С3 |
К10-17 |
25 |
1.1 нФ |
±5% |
||
|
С4,С5 |
К10-17 |
25 |
22 мкФ |
±5% |
||
|
С6,С7,С8,С9,С10 |
К10-17 |
25 |
5 нФ |
±5% |
||
|
С11,С12,С13,С14 |
К10-17 |
25 |
5 нФ |
±5% |
||
|
С15,С16,С17 |
К10-17 |
25 |
5 нФ |
±5% |
Тип активных элементов DA1,DA2,DA7,DA14 - К140УД1В; а элементов DA3-DA6, DA8-DA13 - К140УД6.
Принципиальная схема устройства. 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.
Рисунок 24 - Схема электрическая принципиальная устройства вырабатывающее “сетку частот”
Заключение
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
Список используемой литературы
1. В.П. Бакалов, А.А. Игнатов, Б.И. Крук. Основы теории электрических цепей и электроники: Учебник для высших учебных заведений. - М.: Радио и связь, 1989. - 525 с.
2. С.И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 1988. - 448 с.
3. Ю.В. Рясный Конспект лекций.
4. Программа ARC-ACH. Новосибирск 1996.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
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 06.01.2015Произведение 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 04.06.2010Расчет автогенератора, входная характеристика транзистора КТ301Б. Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя. Схема нелинейного преобразователя, делителя напряжения. Спектр тока, напряжения. Расчет электрических фильтров, усилителя.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 01.02.2011Расчет автогенератора, спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя, электрических фильтров для второй и третьей гармоники. Расчет масштабного, развязывающего и выходных усилителей. Спецификация резистора, усилителя, конденсатора, транзистора.
курсовая работа [496,6 K], добавлен 28.05.2015Разработка 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 14.07.2012Проектирование устройства, вырабатывающего "сетку частот". Полная принципиальная схема формирователя гармоник: с автогенератором, нелинейным преобразователем, фильтрами, развязывающими и усилительными устройствами. Номиналы резисторов и конденсаторов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.09.2012Изучение предназначения усилителя звуковых частот, усилителя низких частот или усилителя мощности звуковой частоты - прибора для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 6 до 20000 Гц).
реферат [4,6 M], добавлен 27.10.2010Принцип действия операционного усилителя, определение его свойств параметрами цепи обратной связи. Схема усилителя постоянного тока с нулевыми значениями входного напряжения смещения нуля и выходного напряжения. Активные RC-фильтры нижних, верхних частот.
курсовая работа [488,7 K], добавлен 13.11.2011Разложение периодического сигнала на гармоники. Расчет фильтра для полосы частот с согласованием на выходе с сопротивлением нагрузки Rн. Расчет передаточной функции по напряжению Ku(p), графики АЧХ и ФЧХ фильтра. Расчет переходной характеристики фильтра.
курсовая работа [465,5 K], добавлен 21.01.2009Основные понятия и определения важнейших компонентов усилителя. Проектирование и расчет усилителя низкой частоты (УНЧ) с заданными параметрами. Выбор и обоснование принципиальной электрической схемы выходного каскада, изучение его основных свойств.
курсовая работа [864,0 K], добавлен 13.01.2014Основные особенности групповых усилителей. Принципиальная схема усилителя. Расчет рабочих частот. Выбор и обоснование схемы выходного каскада усилителя (ВКУ). Выбор режима работы транзистора ВКУ. Расчет стабилизации режима работы транзистора ВКУ.
курсовая работа [582,6 K], добавлен 28.01.2015Описание блок–схемы транзисторного двухкаскадного усилителя мощности низких частот. Вычисление мощности, потребляемой цепью коллектора транзистора от источника питания. Расчёт выходного и предварительного каскадов усилителя, фильтра нижних частот.
контрольная работа [323,8 K], добавлен 18.06.2015Принципиальная схема RC–автогенератора. Создание модели операционного усилителя и его АЧХ. Генерация гармонических колебаний. Влияние температур на форму и спектральный состав генерируемых колебаний. Влияние обратной связи на генерацию колебаний.
курсовая работа [213,8 K], добавлен 26.01.2011Особенности синтеза фильтров радиотехнической аппаратуры. Понятие, назначение, применение, типы и принципы проектирования активных фильтров. Анализ проблемы аппроксимации активных фильтров. Общая характеристика и схема фильтра низких частот Баттерворта.
курсовая работа [197,4 K], добавлен 30.11.2010Общая характеристика и принцип действия фильтров нижних частот. Схема простейшего низкочастотного фильтра. Схематическое изображение пассивного RC-фильтра нижних частот и его амплитудно-частотная характеристика. Области применения данных фильтров.
презентация [3,2 M], добавлен 16.12.2013Физические основы и принцип действия широкополосных фильтров. Пример расчета фильтра нижних частот (ФНЧ) на заданные параметры. Полная принципиальная схема ФНЧ. Расчет промежуточного и оконечного полузвена. Построение полной характеристики затухания ФНЧ.
курсовая работа [878,6 K], добавлен 21.01.2011Расчет усилителя на биполярном транзисторе. Проектирование генератора гармонических колебаний на основе операционного усилителя с использованием моста Вина. Расчет параметров каскада по полезному сигналу. Подбор элементов схемы для источника питания.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 29.04.2014Структурная и принципиальная схемы приемника второй группы сложности. Расчет параметров входного устройства, усилителя радиочастоты, преселектора, гетеродина, элементов цепей питания, преобразователя частоты, автогенератора, диодного детектора АМ сигнала.
курсовая работа [431,5 K], добавлен 05.08.2011Применение схемы фильтра второго порядка Саллена-Ки при реализации фильтров нижних частот, верхних частот и полосовых. Возможность раздельной регулировки добротности полюсов и частот среза как главное достоинство звеньев фильтров по заданной схеме.
реферат [614,8 K], добавлен 21.08.2015Выбор варианта построения структурной схемы и его техническое обоснование. Описание принципиальной схемы усилителя низких частот. Расчет выходного и дифференциального, предоконечного каскада. Принципы моделирования в программной среде CircuitMake.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 31.01.2016
