1 / 2 1 2 следующая > >>

Курсовой проект (работа)

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Кафедра «Радиотехнические устройства и системы диагностики»

Специальность_11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)

на тему: Анализ и синтез схемы электрической цепи

по дисциплине ОТРЦ и С_________________________

Студента _ группы КР-161

Пояснительная записка

Шифр работы: КР-2068998-11.03.03-

Руководитель работы

Никонов И.В.

Разработал, студент

Гусев М.В.

Омск 2017

ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Кафедра____РТУ и СД______________________________________________________________

Специальность 11.03.03Конструирование и технология электронных средств» ___________________________________________________________

Задание №__ 9 ___

на курсовое проектирование

по дисциплине __ОТРЦ и С_____________________________________________________

Студент _Гусев_Максим_Витальевич______________ группа КР-161

1. Тема КР Анализ и синтез электрический цепи

2. Срок сдачи студентом законченного проекта ____________________________________

3. Исходные данные к проекту

А)Фильтр низких частот, =100; =200; =25; =2,5; кОм=0,25_______________________________________________

Б) ,не менее 11; , в вольтах = +12; , кОм = ;

= ; , кГц =100; , в вольтах 0,11;

, кОм; R_L=10 Ом_____________________________________________

_________________________________________________________________________

4. Содержание проекта: Объем «ПЗ» - 29 страниц

4.1. Разделы пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)

4.1.1 Анализ задания;

4.1.2 Анализ спектра входного сигнала;

4.1.3 Проектирование электрического фильтра;

4.1.4 Проектирование усилителя;

4.1.5 Анализ прохождения входного сигнала (напряжения) через каскадно- включенные разработанные устройства;

4.2. Перечень графического материала

4.2.1 Схема электрическая принципиальная;

4.2.2 Перечень элементов

5. Основная рекомендуемая литература

А) Никонов И.В. Электрические цепи. Анализ и синтез: учеб. пособие / И.В. Никонов, Б.Д. Женатов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004.

Б)Никонов И.В. Синтез электрических фильтров: метод. указания к курсовой работе по курсу «Основы теории цепей» / И.В. Никонов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 1989.

_________________________________________________________________________

6. Дата выдачи задания ___________________________________________________________

Руководитель ____________________________________________________________________

(подпись, дата)

Студент ________________________________________________________________________

(подпись, дата)

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

АС – амплитудный спектр сигнала;

ФС – фазовый спектр сигнала;

АЧХ – амплитудночастотная характеристика эл.цепи;

ФЧХ – фазочастотная характеристика эл. цепи;

БТ – биполярный транзистор;

ОЭ – общий эмиттер (схема включения БТ);

ОБ – общая база (схема включения БТ);

ОК – общий коллектор (схема включения БТ);

ФНЧ – фильтр нижних частот;

ФВЧ – фильтр верхних частот;

ПФ – полосовой фильтр;

РФ – режекторный фильтр;

- постоянная составляющая в спектре сигнала;

- амплитуда “косинусной составляющей” для произвольной гармоники в спектре сигнала;

- амплитуда “синусной составляющей” для произвольной гармоники в спектре сигнала;

n, , - номер, полная амплитуда, начальная фаза произвольной гармоники;

a – ослабление фильтра (в дБ);

- гарантированное ослабление в полосе задерживания фильтра;

- ослабление (неравномерность), не более, в полосе пропускания фильтра;

- граничная частота полосы пропускания фильтра;

- граничная частота полосы задерживания фильтра;

- коэффициент передачи по напряжению;

- значения сопротивлений для переменных сигналов и для постоянного напряжения;

- граничная частота в схеме ОЭ ( =1);

- предельная частота в схеме ОЭ ( уменьш. в раз);

, , - параметры БТ по “постоянному току”;

, , - параметры БТ для “малых” переменных сигналов.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Анализ технического задания.

1.1. Общие сведения

1.2. Общие принципы проектирования электрического фильтра.

1.3. Общие принципы проектирования усилителя напряжения

1.4. Общие принципы и анализ спектра сложного периодического сигнала

1.5. Общие принципы анализа прохождения входного сигнала через радиотехнические устройства

2. Разработка схем электрического фильтра.

2.1 Синтез эквивалентной схемы

2.2 Разработка схемы электрической принципиальной

3. Разработка схем усилителя напряжения.

4. Анализ спектра сложного периодического сигнала.

5. Заключение.

6. Библиографический список.

1. Анализ технического задания

1.1. Общие сведения

Радиотехника является основной частью радиоэлектроники и включает в себя большое количество теоретических и “прикладных” дисциплин, разделов. При изучении, исследовании различных радиотехнических задач, приходится проводить анализ сигналов, эквивалентных и принципиальных схем, реальных устройств и систем, а также – синтезировать (разрабатывать, создавать) модели, схемы и различные реальные устройства.

Если проводимые расчеты, разработка завершаются изготовлением конструкторской и технологической документации, изготовлением макетов или опытных образцов, то обычно применяется термин “проектирование”.

В данной работе, в соответствии с заданием, необходимо решить следующие задачи:

- разработать (любым методом) эквивалентную, принципиальную схемы электрического фильтра на любых радиокомпонентах;

- разработать усилитель напряжения на любых радиоэлементах (схему электрическую принципиальную);

- любым методом рассчитать спектр сложного периодического сигнала, подаваемого с “генератора импульсов” на вход фильтра;

- проанализировать “прохождение” напряжения через фильтр и усилитель;

Эти задачи являются важными, практически полезными, т.к. разрабатываются и анализируются широко применяемые радиотехнические устройства.

Для последующих расчетов выбрана структурная схема с “аналоговыми” радиотехническими устройствами, показана на рисунке 1.

Генератор (источник напряжения)

Аналоговый электрический фильтр

Аналоговый усилитель напряжения

Рисунок 1 - Структурная схема с “аналоговыми” радиотехническими устройствами

Цифровые функциональные узлы не будут рассматриваться по следующей причине:

- необходимо дополнительно применять АЦП и ЦАП, которые будут изучаться позже в других дисциплинах.

Решение основных задач данной курсовой работы можно проводить в различной последовательности. Выберем, например, следующий порядок расчетов:

1.Разработка схемы электрического фильтра, согласованного с источником импульсной последовательности и с усилителем напряжения;

2.Разработка схем (схемы) усилитель напряжения;

3.Анализ спектра “сигнала” генератора входного напряжения;

4.Анализ прохождения “сигнала” генератора через электрический фильтр и усилитель.

Рассмотрим “общие принципы” решения перечисленных задач, а конкретные расчеты будут приведены в разделах 2 5.

1.2. Общие принципы проектирования электрического фильтра.

Электрические фильтры – это линейные или “квазилинейные” четырехполюсники, многополюсники, имеющие частотнозависимые коэффициенты передачи по мощности ( ), по напряжению ( ), по току ( ). Вместо безразмерных коэффициентов передачи при анализе и синтезе фильтров широко применяется ослабление ( ) в децибелах:

где , , - модули коэффициентов передачи.

Диапазон частот, где близок к “1”, а ослабление “ ” близко к нулю, называется полосой пропускания. А там, где близок к “0”, а ослабление “ ” составляет несколько десятков децибел – находится полоса задерживания (ослабление затухания). Между ПП и ПЗ находится “переходная” полоса частот. По расположению полосы пропускания в частотном диапазоне, электрические фильтры называют:

ФНЧ – фильтр нижних частот;
ФВЧ – фильтр верхних частот;
ПФ – полосовой фильтр;
РФ – режекторный фильтр.

На рисунках 1 а, б, в, г, для примера, показаны схемы простых фильтров “Г-типа”

Рисунок 1 – Схемы простых фильтров “Г-типа

На рисунке 1, естественно, не показаны “резисторы внешних цепей”, с которыми согласован по мощности фильтр. Принцип “фильтрации” заключается в следующем. В полосе пропускания, вблизи резонансных частот, фильтр согласован с внешними “цепями” и в нагрузку передается максимальная мощность. В полосе задерживания согласование ухудшается, ослабление увеличивается.

Реальный электрический фильтр может быть выполнен на различных радиокомпонентах: “катушках и конденсаторах”, “волноводах”, “акустоэлектронных”. В принципе, можно пользоваться справочниками по расчету фильтров на вполне определенных радиокомпонентах. Однако более универсальным является следующий метод: вначале разрабатывается эквивалентная схема на идеальных LC-элементах, а затем идеальные элементы пересчитываются в любые реальные, т.е. получается схема электрическая принципиальная. Наиболее прост перерасчет идеальных L- и С-элементов к “конденсаторам и катушкам индуктивности”, т.к. “вид” схемы не меняется.

Но и при таком “универсальном подходе” возможны следующие способы синтеза эквивалентной схемы:

1.Синтез в согласованном режиме из одинаковых Г-образных звеньев (также называемый т синтезом по “характеристическим” параметрам или синтезом фильтров типа “К”) [1].

Достоинство этого способа: простые расчетные формулы; рассчитанное ослабление в полосе пропускания ( ) считается равным нулю. Недостаток: в реальных фильтров согласования во всей полосе пропускания получить невозможно и 0 (достигает трех децибел);

2. Полиномиальный синтез (синтез по рабочим параметрам или синтез “по справочникам ФНЧ”). В этом методе всегда на первом этапе разрабатывается схема ФНЧ-аналога, учитывающая несогласования (то есть 0). А затем схема ФНЧ пересчитывается в ФВЧ, в ПФ, в РФ. Недостаток: необходимость использования справочников или специальных программ [2];

3. Синтез по импульсным или переходным характеристикам применяется при синтезе акустоэлектронных и цифровых фильтров. В этом методе по требуемому коэффициенту передачи рассчитывается импульсная или переходная характеристика, а затем реализуется эта характеристика в виде схемы или топологии.

Учитывая заданные требования в курсовой работе, общий объем работы, выберем для последующего синтеза фильтра метод синтеза по характеристическим параметрам.

1.3. Общие принципы проектирования усилителя напряжения

Аналоговый усилитель напряжения может быть разработан на интегральных микросхемах различного типа, на полевых транзисторах, на биполярных транзисторах (корпусных или бескорпусных). Учитывая небольшое значение требуемого в задании коэффициента усиления по напряжению достаточно одного каскада усиления.

Выберем вариант с корпусным биполярным транзистором, как более дешевый. По мнению автора целесообразно применить схему “с общим эмиттером” (или общим истоком), без дополнительных усложнений, т.к. она обеспечивает и требуемое усиление, и согласование, в соответствии с величинами сопротивлений, указанным в задании. Схема “с общим коллектором” не усиливает напряжение и нужен будет повышающий трансформатор, а схема “с общей базой” имеет маленькое входное сопротивление (десятки “Ом”) и необходимо будет предусмотреть дополнительные внешние резисторы для согласования с фильтром.

1.4. Общие принципы и анализ спектра сложного периодического сигнала

Во всех вариантах задания, входной сигнал - это теоретически бесконечные импульсы различной формы (четные, нечетные, с постоянной составляющей или без нее). В реальных условиях “не бесконечные во времени”, но “достаточно протяженные” последовательности, встречаются часто. Анализ подобных последовательностей заключается в замене их – аналитическим выражением в виде некоторого “алгебраического” ряда с более простыми функциями. В аналоговой радиотехнике наибольшее применение для таких целей нашел “гармонический” ряд Фурье. Именно разложение в такой ряд в радиотехнике и принято называть спектром периодического сигнала. Рисунки амплитуд и начальных фаз отдельных “гармоник” ряда называют амплитудным и фазовым спектром.

Разложение в ряд Фурье будет рассмотрено в разделе 4.

1.5. Общие принципы анализа прохождения входного сигнала через радиотехнические устройства

а) После определения формул для составляющих бесконечного спектра ВХОДНОГО сигнала, целесообразно провести сравнение, например, амплитуды первой и амплитуд третьей-пятой гармоник. Если, амплитуды анализируемых высших гармоник меньше 0,1 0,2 доли от амплитуды первой, то “расчетный” спектр ограничивается, пренебрегая гармониками с небольшими амплитудами. На практике обычно рассчитывается спектр до третьей-пятой гармоник включительно, то есть ведется приближенный анализ..

б) Анализируется фильтра для гармоник, оставшихся в “расчетном” спектре, то есть для этих частот, и определяются амплитуды в спектре сигнала на ВЫХОДЕ фильтра. Приближенно можно принять, что фильтр не дает дополнительного фазового сдвига для анализируемых гармоник. Тогда амплитуды гармоник входного сигнала просто умножаются на значения коэффициента передачи фильтра на частотах соответствующих гармоник.

в) Для усилителя ввиду малых по амплитуде переменных сигналов применим линейную модель, то есть модель с постоянным ). Кроме того, будем учитывать, что схема “ОЭ” (ОИ) дает дополнительный фазовый сдвиг . На входе усилителя (на выходе фильтра) целесообразно включить разделительный конденсатор, чтобы “постоянная составляющая”, если она имеется в сигнале, прошедшем через фильтр, не изменила режим по постоянному току усилителя.