2.1. Основные принципы проектирования фильтров 6
Министерство образования Российской Федерации
Омский государственный технический университет
И.В.Никонов
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Методические указания к курсовому проектированию и СРС
Омск – 2010
УДК. 621.3.06.(075)
Рецензент:
Ю.Г.Долганев, канд. техн. наук, доцент кафедры РТУ и СД
Никонов И.В.
Анализ и синтез схемы электрической цепи: Методические указания к курсовому проектированию и СРС. – Омск: Издательство ОмГТУ, 2010.-48 с.
В данной курсовой работе (проекте) синтезируется и анализируется электрическая цепь с важными аналоговыми функциональными узлами радиотехники: электрическим фильтром и усилителем. Проводится анализ спектра входного сложного периодического сигнала, а также анализ сигнала на выходе электрической цепи (для линейного режима работы).
Курсовая работа (проект) предназначена для дисциплин «Основы теории цепей», «Электротехника и электроника», изучаемых студентами специальностей 210401, 210402, 090104 и направления 21030062, дневной и заочной форм обучения.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета
УДК 621.3.06 (075)
И.В.Никонов, 2010
Омский государственный
технический университет
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ. ОСНОВНЫЕ
ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 5
2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ 6
2.1. Основные принципы проектирования фильтров 6
2.2. Методика синтеза фильтров по характеристическим параметрам 11
2.3. Методика синтеза фильтров по рабочим параметрам 19
2.4. Пример синтеза эквивалентной схемы электрического фильтра 26
3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ 28
3.1.Основные принципы расчета электрических схем усилителей 28
3.2. Пример расчета схемы электрической принципиальной усилителя на биполярном транзисторе 30
4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ АНАЛИЗА СПЕКТРА СЛОЖНОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА 31
4.1. Принципы спектрального анализа 31
4.2. Расчетные формулы спектрального анализа 33
4.3. Пример анализа спектра входного сигнала 34
5. АНАЛИЗ СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ 35
5.1. Анализ прохождения сигнала через электрическую цепь 35
5.2. Требования и рекомендации по разработке схемы электрической принципиальной проектируемой цепи 36
6. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ, ВЫПОЛНЕНИЮ, ЗАЩИТЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 37
7. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 41
8. ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Список сокращений и условных обозначений 42
Приложение Б. Варианты исходных данных для синтеза фильтра 43
Приложение В. Варианты исходных данных для расчета усилителя 45
Приложение Г. Варианты исходных данных для анализа спектра сигнала 46
Приложение Д. Параметры транзисторов для схемы включения ОЭ(ОИ) 47
Приложение Е. Бланк задания 48
ВВЕДЕНИЕ
Основными задачами электротехнических и радиотехнических дисциплин являются анализ и синтез электрических цепей и сигналов. В первом случае анализируются токи, напряжения, коэффициенты передачи, спектры при известных моделях, схемах, устройствах, сигналах. При синтезе решается обратная задача – разработка аналитических и графических моделей (схем) электрических цепей и сигналов. Если проводимые расчеты, разработка завершаются изготовлением конструкторской и технологической документации, изготовлением макетов или опытных образцов, то применяется термин ‘проектирование’.
Первыми дисциплинами радиотехнических специальностей высших учебных заведений, в которых рассматриваются различные задачи анализа и синтеза, являются дисциплины «Основы теории электрических цепей», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Электротехника и электроника». Основные разделы этих дисциплин:
- анализ в установившемся режиме линейных резистивных электрических цепей, линейных реактивных электрических цепей, в том числе резонансных и с негальваническими связями;
- анализ комплексных частотных характеристик электрических цепей;
- анализ линейных электрических цепей при сложных периодических воздействиях;
- анализ линейных электрических цепей при импульсных воздействиях;
- теория линейных четырехполюсников;
- анализ нелинейных электрических цепей;
- линейные электрические фильтры, синтез электрических фильтров.
Перечисленные разделы изучаются во время аудиторных занятий [1,2], однако, важной частью учебного процесса является также курсовое проектирование. Тема курсовой работы (проекта) может соответствовать одному из изучаемых разделов, может быть комплексной, то есть включать в себя несколько разделов дисциплины, может быть предложена студентом.
В данных методических указаниях рассмотрены рекомендации по выполнению комплексной курсовой работы (проекта), в которой необходимо решить взаимосвязанные задачи синтеза и анализа для аналоговой электрической цепи.
Список условных обозначений и сокращений, применяемых при данном курсовом проектировании, приведен в приложении ‘А’ методических указаний.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В качестве комплексной курсовой работы (проекта) в данных методических указаниях предложена разработка электрических эквивалентных и принципиальных схем электрической цепи, содержащей электрический фильтр и усилитель, а также анализ спектра входного сигнала генератора импульсов и анализ ‘прохождения’ входного сигнала к выходу устройства. Эти задачи являются важными, практически полезными, так как разрабатываются и анализируются широко применяемые в радиотехнике функциональные узлы.
Схема электрическая структурная всего устройства, для которого необходимо провести расчеты, приведена на рисунке 1. Варианты заданий, для отдельных разделов расчетов, приведены в приложениях ‘Б’, ’В’, ’Г’. Номера вариантов заданий соответствуют номерам студентов в списке группы, либо номер варианта формируется более сложным образом. При необходимости студенты могут самостоятельно задать дополнительные требования к проектированию, например, массогабаритные требования, требования к фазочастотным характеристикам и другие.
 | |||||
| |||||
 | |||||
Рисунок 1
На рисунке 1 обозначены комплексные действующие значения входных и выходных электрических напряжений гармонической формы.
При курсовом проектировании необходимо решить следующие задачи:
а) синтезировать (разработать) любым методом схему электрическую эквивалентную, а затем - схему электрическую принципиальную на любых радиоэлементах. Провести расчеты ослабления и коэффициента передачи по напряжению, проиллюстрировать расчеты графиками;
б) разработать схему электрическую принципиальную усилителя напряжения на любых радиоэлементах. Провести расчеты усилителя по постоянному току, проанализировать параметры усилителя в режиме малых переменных сигналов;
в) рассчитать любым методом спектр сложного периодического сигнала, подаваемого с генератора импульсов на вход фильтра, проиллюстрировать расчеты графиками амплитудного и фазового спектра входного сигнала;
г) проанализировать ‘прохождение’ электрического напряжения от генератора импульсов через электрический фильтр и усилитель, проиллюстрировать анализ графиками амплитудного и фазового спектра выходного сигнала.
В этой последовательности рекомендуется проводить необходимые расчеты, а затем оформить их в виде разделов пояснительной записки. Расчеты необходимо выполнять с точностью не менее 5%. Это следует учитывать, при различных округлениях, при приближенном анализе спектра сигнала, при выборе стандартных радиоэлементов, близких по номиналу к расчетным значениям.
Далее, в подразделах, рассмотрены общие принципы решения поставленных задач, методики расчетов и расчетные формулы.