Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский государственный открытый технический университет путей сообщения

Контрольная работа

По дисциплине:

"Каналообразующие устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи"

Рецензент: Завьялов А.М.

Задача №1.

1. Объяснить принцип работы усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и назначение всех элементов принципиальной схемы (рис. 1).

2. Рассчитать усилитель промежуточной частоты с фильтром сосредоточенной избирательности (ФСИ).

Решение:

1. Усилитель промежуточной частоты усиливает сигналы, поступающие от преобразователя частоты до уровня, необходимого для нормальной работы демодулятора (детектора). Частотой настройки УПЧ считают среднюю частоту полосы пропускания.

Сигнал с частотой 465 кГц поступает на базу транзистора Т 1 через разделительный конденсатор С 1. С коллектора Т 1 усиленный сигнал подается на контур L2C3, настроенный на f0=465 кГц и далее через конденсатор С 1 на контура L1C2 и L2C4, которые являются полосовым фильтром. Далее сигнал через разделительную емкость С 8 подается на базу транзистора Т 2. С коллектора Т 2 усиленный сигнал подается непосредственно на выход УПЧ.

Рассмотрим назначение элементов усилителя промежуточной частоты, представленного на рис. 1. Это УПЧ, имеющий в своем составе два усилительных каскада на Т 1 и Т 2 и четырехзвенный фильтр сосредоточенной избирательности ФСИ, имеющий в своем составе индуктивности L1, L2 и емкости С 1, С 2, С 3, С 4.

Транзистор Т 1 обеспечивает согласование УПЧ с предыдущем каскадом приемника и усиливает приходящий сигнал до определенного уровня, компенсирующего (сигнала) затухания сигнала в ФСИ.

Резисторы R2, R3 задают рабочую точку Т 1 или смещения.

Резистор R1 и конденсатор С 5 обеспечивают эмиттерную термостабилизацию рабочей точки Т 1 с помощью отрицательной обратной связи по току.

Транзистор Т 2 обеспечивает необходимое усиление сигнала, ослабленного ФСИ до уровня требующегося для работы детектора.

Резисторы R5, R6 определяют рабочую точку Т 2, а R4 и конденсатор С 9 служат для термостабилизации.

Контур L2, C3 обеспечивает согласование ФСИ с каскадом на транзисторе Т 1, а контур L2, C4 - c каскадом на транзисторе Т 2.

Внутренние звенья контура L1, C2 предназначены для увеличения селективности фильтра сосредоточенной избирательности ФСИ до заданного значения избирательности.

Конденсаторы С 1 - конденсаторы связи.

Рассчитаем усилитель промежуточной частоты УПЧ с ФСИ согласно задания.

2. Исходные данные:

Частота настройки f0=465 кГц

Полоса пропускания П=14 кГц

Избирательность по соседнему каналу при дБ; кГц

Собственное затухание контуров ФСИ dk=0,0045

Характеристическое сопротивление фильтра кОм

1) Проверим целесообразность применение ФСИ по формуле:

(1)

Следовательно, применение ФСИ целесообразно.

2) Выбираем транзистор типа ГТ 310Д и по соответствующим графикам определяем его параметры при Ik=3мА и Vka= -5B,а затем по формулам рассчитываем низкочастотные значения этих параметров: мСм; мСм; мСм; С 11=116 пФ; С 22=15 пФ.

3) Вычислим вспомогательные величины:

Обобщенное затухание ФСИ:

(2)

Относительная расстройка по соседнему каналу:

(3)

По графику, приведенному в методических указаниях на рис.2 (а) определяем затухание, создаваемое одним звеном ФСИ.

дБ

Определяем требуемое число звеньев по формуле:

(4)



Следовательно, требуется 6 звеньев.

4) Рассчитаем коэффициент трансформации m1 и m2 входного и выходного звена ФСИ исходя из условия согласование с транзисторами Т 1 и Т 2 по формулам:

(5)

(6)

Получаем:

5) Определим по графику на рис.2 (б) методических указаний коэффициент передачи напряжения ФСИ Кф для n=6, Кф=0,22

6) Рассчитаем резонансный коэффициент усиления каскада с ФСИ по формуле:

(7)

7) Рассчитаем элементы контуров, образующих звенья ФСИ:

а) емкость конденсаторов связи:

(8)

пФ

б) емкость контуров промежуточных звеньев:

(9)

пФ

в) емкость контура входного звена ФСИ:

(10)

пФ

г) емкость контура выходного звена ФСИ:

(11)

пФ

д) индуктивность контуров промежуточных звеньев:

(12)

мкГн

е) индуктивность контуров крайних звеньев:

(13)

мкГн

Ответ:

1) dк=0,0106>0,0045 - применение ФСИ целесообразно;

2) транзистор ГТ 310Д

Ik=3мА; Uka=-5 В; g11=1,4мСм; g22=0,085мСм; С 11=116 пФ; С 22=15 пФ; |Y21|=84мСм

3)

дБ

n=6

4) m1=0,715; m2=0,176

5) Кф=0,22

6) К 01=53,6

7) С 1=14,89 пФ; С 2=959,3 пФ; С 3=471,9 пФ; С 4=476,1 пФ; L1=118,5 мкГн; L2=237 мкГн

Задача №2.

1. Объяснить принцип работы детектора и назначение всех элементов принципиальной схемы (рис. 2).

2. Рассчитать транзисторный детектор для приема амплитудно-модулированных сигналов, выполненный по схеме, изображенной на рис. 2.



Решение:

1. Принцип работы схемы:

Входной сигнал с УПЧ через контура связи L1, C1 и L2, C подается на базу транзистора Т 1, каждый работает в режиме отсечки. На выходе Т 1 формируется импульсное напряжение с огибающей НЧ сигнала. Пульсация сглаживается цепью Rн, Сн и через разделительную ёмкость С 3 НЧ сигнал поступает на базу транзистора Т 2, который является входным каскадом УНЧ. усилитель транзисторный детектор

Назначение элементов:

Контур L1, L2 служит для согласования детектора с предыдущим каскадом. Коэффициент включения базы транзистора в контур выбирают 0,2-0,5.

Резисторы R1, R2 обеспечивают рабочую точку (смещение) транзистора Т 1. Транзистор Т 1 выполняет роль детектора.

На резисторе Rн выделяется продетектированный сигнал и постоянное напряжение для работы АРУ.

Цепочка АРУ состоит из R4, R3, C2. Напряжение управления АРУ подается в предшествующие каскады УНЧ или УПЧ.

Конденсатор Сн служит для фильтрации ВЧ составляющих и предотвращающих самовозбуждение каскада.

Конденсатор С 3 - разделительный. Транзистор Т 2 - усилитель низкой частоты. Резисторы R5, R6 - задают рабочую точку Т 2.

2. Исходные данные:

Промежуточная частота приемника f0=465 кГц

Максимальный коэффициент глубины модуляции m=0,8

Детектор подключен ко входу УНЧ транзистора с параметрами:

R11=1 кОм

С 11=40 пФ

Входное сопротивление транзистора детектора на f0 :

r11=800 Ом

Входная ёмкость

С 11=40 пФ

Низшая частота модуляции Fн=70 Гц

Высшая частота модуляции Fв=3,0кГц

Допустимые частоты искажения на высших и низших частотах Мв=Мн=2,7

Амплитуда напряжения, подводимого к детектору Uмд=0,11 В

1) Выбираем транзистор ГТ-308А с параметрами:

Граничная частота fs>2f0;

|Y21|=80 мСм

Iko=5 мкА

Vкэ=-5 В

На частоте f0 имеем С 11=40 пФ

2) Сопротивление нагрузки детектора:

Rн=(5ч10) ЧR11 (1)

Rн=5Ч1000=5 кОм

3) Крутизна характеристики детектора:

(2)

где |Y21|0 - модуль крутизны характеристики транзистора на промежуточной частоте.

мА/В

4) Эквивалентное сопротивление нагрузки детектора:

Rн~=(RнЧR11)/(Rн+R11) (3)

Rн~=(5000Ч1000)/(5000+1000)=833 Ом

5) Коэффициент передачи детектора:

Kд=SдЧRн~ (4)

Kд=25,5Ч10-3Ч833=21,2

6) Ёмкость в цепи коллектора из условия допустимых частотных искажений на высшей частоте модуляции:

(5)

мкФ

7) Ёмкость разделительного конденсатора из условия обеспечения заданных частотных искажений на низшей частоте модуляции:

(6)

мкФ

8) Постоянная составляющая тока базы:

(7)

9) Ток делителя R1 и R2:

Iд=(50ч100) ЧIб (8)

Iд=50Ч5Ч10-6=250 мкА

10) Определим сопротивление резисторов делителя R1, R2 при Vбэ=0,25 В

(9)

кОм

кОм (10)

11) Ёмкость шунтирующего конденсатора:

(11)

мкФ

12) Входное сопротивление и входная ёмкость детектора:

Rвхд=(5ч10) Чr11 (12)

Cвхд=С 11/(5ч10) (13)

Rвхд=5Ч800=4 кОм

пФ

13)Амплитуда напряжения на входе УНЧ:

Uвхд УНЧ=UмдЧKдЧm (14)

Uвхд УНЧ=0,11Ч21,2Ч0,8=1,87 В

Ответ:

1) Транзистор ГТ-308А;

2) Rн=5 кОм

3) Sд=25,5 мА/В

4) Rн=833 Ом

5) Kд=21,2

6) Cн=0,159 мкФ

7) С 3=0,151 мкФ

8) IбIko=5Ч10-6 A

9) Iб=250 мкА

10) R2=1 Ом

R1=19 кОм

11) С 1=11,3 мкФ

12) Rвхд=4 кОм

Свхд=8 пФ

13) Uвхд УНЧ=1,87 В

Задача №3.

3. Рассчитать автогенератор рис.1

Рис. 1 Принципиальная схема автогенератора с автотрансформаторной связью

Исходные данные:

Параметры нагрузки

Напряжение источника питания ;

Частота генерации ;

Высшая частота модуляции ;

Амплитуда напряжения генерируемых колебаний ;

Решение:

1. Выбрали угол отсечки тока коллектора и коэффициенты разложения и .

2. Зададимся КПД контура

3. Рассчитаем мощность генератора



4.Руководствуясь рекомендациями и справочными данными,

выбираем транзистор ГТ-308А с параметрами:

-крутизна линии критического режима ;

-напряжение отсечки коллекторного тока;

-напряжение.

5. Рассчитаем:

Коэффициент использования напряжения питания коллектора

Амплитуду напряжения на нагрузке в коллекторной цепи

.

Амплитуду первой гармоники тока коллектора

.

Модуль эквивалентного сопротивления нагрузки

.

Амплитуду импульсного тока коллектора

.

Постоянную составляющую тока коллектора

.

Мощность, потребляемую от источника питания

мВт

Мощность, расходуемую на коллекторе транзистора

,

где - активная составляющая мощности генерируемых колебаний:

значения и найдём по графику рис. 6 методического пособия "31/5/2"

,

отсюда

,

Вт,

мВт

Угол отсечки тока эмиттера

.

Амплитуду напряжения возбуждения на базе транзистора

,

где - модуль крутизны характеристики транзистора при токе и частоте

Напряжение смещения, обеспечивающее угол отсечки тока эмиттера

Коэффициент обратной связи

Расчет колебательной системы автогенератора

1. Эквивалентная проводимость контура между точками коллектор-эмиттер

2. Коэффициент включения контура в цепи коллектора

при ,пФ

,

где - входная проводимость транзистора генератора;

пФ - эквивалентная ёмкость контура;

- собственное затухание нагруженного контура;

- коэффициент передачи напряжения во внешнюю нагрузку;

Тогда коэффициенты включения контура соответственно в цепи базы,

Коллектора и нагрузки:

 ;

.

3. Собственная емкость контура

,

где пФ пФ пФ пФ

пФ.

4. Полная индуктивность контура

.

РАСЧЁТ ПИТАНИЯ

1. Сопротивление в цепи эмиттера

2. Сопротивление резисторов делителя базового смещения:

3.

Примем

4. Ёмкость конденсаторов :

5.

,

пФ

,

где - выходное сопротивление транзистора, взятого из графика на рис.7 методического пособия "31/5/2", ,

то есть .

Задача №2.

Рассчитать параметры дробного детектора (рис. 2) для приема частотно-модулированных сигналов радиостанции ЖРУ

Рис. 2 Принципиальная схема дробного детектора ЧМ-колебаний

Исходные данные:

-промежуточная частота fПР = 1,596 МГц;

-максимальная девиация ДfД max = 5 кГц;

-верхняя частота модулирующего напряжения FB = 4 кГц;

-индуктивность контура L1 = L2 = 10 мкГн;

-параметры диода: SД = 5 мА/В; СД = 0,8 пФ;

-параметры УЗЧ: RВХ = 800 Ом; СВХ = 30 пФ,

а также: QК = 150 ; QЭ = 50 ; R1 = R2 = RПТ = 6,2 кОм; R5 = 10кОм;

R3 = R4 = 10кОм; U1 =200мВ; СМ = 5 пФ;

фП = 75 мкс (постоянная времени передачи к УЗЧ);

-выходная ёмкость полевого транзистора С 22 = 10 пФ;

-выходное сопротивление транзистора RВЫХ = 12 кОмР ;

|Y21| = 25 мСм.

Решение:

1. Зная индуктивность L1 = L2, определим индуктивность L3 = 0,4L1 :

2. Рассчитаем коэффициенты связи между контурами L1, L2 и L1, L3 :

3. Найдём собственное резонансное сопротивление первичного контура:

4. Найдём коэффициент первичного контура:



Целесообразно принять .

5. Вычислим ёмкости конденсаторов схемы дробного детектора:

6. Определим напряжение на диодах при отсутствии ЧМ (индекс = 0):

7. Угол отсечки токов диодов при отсутствии ЧМ:

8. Рассчитаем напряжение на конденсаторе С 5 :

9. Для определения максимального напряжения на диоде VD1 рассчитаем параметр A:

Тогда максимальное напряжение на диоде Д 1:

10. Определим минимальный угол отсечки, соответствующий UД 1max:

Значению сопротивления нагрузки диода постоянному току

Соответствуют

.

11. Найдем выходное напряжение при максимальном отклонении f от fПР:

Вычислим напряжение на входе транзистора УЗЧ:

12. Коэффициент передачи устройства от входа транзистора до входа УЗЧ:

Перечень используемой литературы

1. Задание на контрольную работу №2 с методическими указаниями для студентов V курса специальности "Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте - (АТС).- М: РГОТУПС, 2003г.

2. Горелов Г.В., Волков А.А, Шелухин В.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи.- М.: Транспорт, 1994г

3. Перещук Р.М. и др. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя - Киев: 1988г.2. Справочник радиолюбителя - конструктора. - М.: Радио и связь, 1984г.

Размещено на Allbest.ru

...