Анализ прохождения сигнала через усилительный каскад

 

Для того чтобы получить импульсную характеристику схемы:

 

1. Сформируем импульс, представленный на Рисунок 17:

 

 

Рисунок 17 – импульс

 

2. Пропустим  импульс через устройство, и получим реакцию схемы на единичный импульс, представленной на Рисунке 18:

 

Рисунок 18 – реакция схемы на единичный импульс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Выводы

 

В результате выполнения курсовой работы было выяснено, что исследуемый каскад является резонансным усилителем верхних частот. Резонансная частота колебательного контура f_р равна: [1]. Так же было письменно объяснено назначение каждого элемента схемы.

 Для исследования каскада  была рассчитана схема замещения  транзистора. Были рассчитаны  Y-параметры [2], далее используя формулы пересчета , были рассчитаны Z-параметры [3]. Далее каскад был преобразован для удобства расчета. Эквивалентная схема каскада представлена на Рисунке 5.

 После была найдена передаточная функция по напряжению. При расчете передаточной функции по напряжению был использован метод контурных токов. При расчете схемы методом контурных токов удобно использовать Z-параметры транзистора, которые были найдены ранее.

По передаточной функции были построены  АЧХ и ФЧХ каскада как функция  . Графики АЧХ и ФЧХ приведены на Рисунках 6-7. Из графика АЧХ видно, что на резонансной частоте достигается максимальный коэффициент усиления по напряжению равный: . Рабочий диапазон составляет полосу частот от 2.25×10⁵ Гц до 2.28×10⁵ Гц.

Далее был построен управляющий  сигнал (Рисунок 8),его АЧ и ФЧ спектры (Рисунок 10-11).

После этого, используя формулу [4] был построен АМ сигнал (Рисунок 12) с модуляцией по закону заданного управляющего сигнала (Рисунок 9) и рассчитаны его АЧ и ФЧ спектры представленные, на Рисунках 13-14.

Далее путем перемножения АЧ спектра  АМ сигнала на АЧХ каскада и  сложения ФЧ спектра АМ сигнала с ФЧХ каскада и с помощью обратного преобразования Фурье были получены АЧ и ФЧ спектры АМ сигнала (Рисунок 14-15) и сам АМ сигнал на выходе каскада Рисунок 16.

При прохождении АМ сигнала через каскад исказился фронт сигнала.

Далее была построена импульсная характеристика исследуемого каскада, представленная на Рисунке 18.

Расчеты данной курсовой работы были выполнены в среде MatLab. Данная среда разработки была выбрана из-за наличия в ней специального пакета программ обработки сигналов. Данный пакет значительно упрощает расчет параметров схемы и ее характеристик.

 

11 Список литературы

 

1.  Лазарев Ю. Ф. Л17 Начала программирования в среде MatLAB: Учебное пособие. - К.:НТУУ "КПИ", 2003. - 424 с.
2. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. Для вузов по спец. «Радиотехника». – 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. Шк., 1988-448 с.: ил.
3. Конспект лекций по курсу: «Радиотехнические цепи и сигналы».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

close all;

clear all;

%--------------------------------------------------------------------------

%Наменалы элементов

R1=180*10^3;

R2=180;

L1=600*10^-6;

L2=350*10^-6;

C1=820*10^-12;

C3=22*10^-9;

C5=10*10^-6;

Rn=200*10^3;

Cn=80*10^-12;

Q=100;

Czi=14*10^-12;

Czs=4*10^-12;

Ri=200*10^3;

S=8*10^-3;

ru=200;

%--------------------------------------------------------------------------

%Резонансная  частота

Wr=1/(sqrt(L1*C1));

Fr=Wr/(2*pi);

%Граничная частота

Fs=(1+S*ru)/(2*pi*Czi*ru)

%--------------------------------------------------------------------------

%Расчёт Y параметров

Y11=j*Wr*(Czi+Czs);

Y12=-j*Wr*Czs;

Y21=S-j*Wr*Czs;

Y22=1/Ri+j*Wr*Czs;

Y=[Y11, Y12; Y21, Y22];

%Расчёт Z параметров

Z11=Y22/(det(Y));

Z12=Y12/(det(Y));

Z21=Y21/(det(Y));

Z22=Y11/(det(Y));

Z=[Z11,Z12;Z21,Z22];

%--------------------------------------------------------------------------

%коэффициент  включения контура

p=L2/L1;

%определяем  сопротивление потерь контура

ro=sqrt(L1/C1)*Q %-характерестическое сопротивление

r=Wr*L1/Q %-сопротивление потерь

%--------------------------------------------------------------------------

%матрица сопротивлений

Zn = Rn+1/j*Wr*Cn;    % Параметры нагрузки

a1n=[R1,-R1,0,0,0;

   -R1,R1+Z11,Z12,0,0;

   0,Z21,Z22+j*Wr*p*L1+p*r,0,j*Wr*p*L1+p*r;

   0,0,0,Zn+j*Wr*(1-p)*L1+(1-p)*r,-j*Wr*(1-p)*L1-(1-p)*r;

   0,0,j*Wr*p*L1+p*r,-j*Wr*(1-p)*L1-(1-p)*r,j*Wr*L1+r+1/(j*Wr*C1)];

 

an=[R1,-R1,0,1,0;

   -R1,R1+Z11,Z12,0,0;

   0,Z21,Z22+j*Wr*p*L1+p*r,0,j*Wr*p*L1+p*r;

   0,0,0,0,-j*Wr*(1-p)*L1-(1-p)*r;

   0,0,j*Wr*p*L1+p*r,0,j*Wr*L1+r+1/(j*Wr*C1)];

%коэффициент  передачи по напряжению

K=Zn*det(an)/det(a1n);

K0=abs(K);

%--------------------------------------------------------------------------

% Находим передаточные  характеристики

maxK = 0;

nn = 1;

a1=0;

a=0;

dt = 10000;

for F = Fr-Fr/2:Fr/dt:Fr+Fr/2;

    w=2*pi*F;

 

a1_n=[R1,-R1,0,0,0;

   -R1,R1+Z11,Z12,0,0;

   0,Z21,Z22+j*w*p*L1+p*r,0,j*w*p*L1+p*r;

   0,0,0,Zn+j*w*(1-p)*L1+(1-p)*r,-j*w*(1-p)*L1-(1-p)*r;

   0,0,j*w*p*L1+p*r,-j*w*(1-p)*L1-(1-p)*r,j*w*L1+r+1/(j*w*C1)];

 

a_n=[R1,-R1,0,1,0;

   -R1,R1+Z11,Z12,0,0;

   0,Z21,Z22+j*w*p*L1+p*r,0,j*w*p*L1+p*r;

   0,0,0,0,-j*w*(1-p)*L1-(1-p)*r;

   0,0,j*w*p*L1+p*r,0,j*w*L1+r+1/(j*w*C1)];

 

K_n(nn)=Zn*det(a_n)/det(a1_n);

K0_n(nn)=abs(Zn*det(a_n)/det(a1_n));

faza_n(nn)=angle(Zn*det(a_n)/det(a1_n))/(pi)*180;

 if maxK<=K0_n(nn)

  maxK=K0_n(nn);

 end

 if maxK<=K0_n(nn)

  maxN=nn;

 end

FF(nn)=F;

 nn=nn+1;

end

%--------------------------------------------------------------------------

%находим полосу  пропускания

for NN = 1:1:maxN;

if K0_n(NN)<=0.707*maxK

f1=NN;

end

end

NN=0;

for NN = maxN:1:nn-1;

if K0_n(NN)>=0.707*maxK

f2=NN;

end

end

fn=f1;

fw=f2;

fmin07=FF(f1);

fmax07=FF(f2);

%--------------------------------------------------------------------------

% Строим Ачх  и Фчх

figure, plot(FF(fn-200:fw+200),K0_n(fn-200:fw+200));grid;title('АЧХ');

figure, plot(FF(fn-200:fw+200),faza_n(fn-200:fw+200));grid;title('ФЧХ');

%--------------------------------------------------------------------------

% Посторение сигнала

dts=2*dt;

Tsigan=10/(fmax07-fmin07);

Fw=(1/(Tsigan/dts))/2;

Fs=1/Tsigan;

t=0:Tsigan/dts:Tsigan;

x=rectpuls(t-Tsigan/8,Tsigan/4)+rectpuls(t-Tsigan*7/8,Tsigan/4);

figure, plot(t,x);grid;title('Немодулированный сигнал');

% Спектр немодулированного  сигнала

S=fft(x);    

Sa=abs(S);

fa=angle(S);

f=0:Fs/dts: Fs;

figure;stem(f(1:dts/128),Sa(1:dts/128)),grid;title('АЧ спектр немодулированного сигнала');

figure;stem(f(1:dts/128),fa(1:dts/128)),grid;title('ФЧ спектр немодулированного сигнала');

%--------------------------------------------------------------------------

% Посторение AM

m=0.3;

y=0;

t=0;

nn=1;

for t=0: Tsigan/dts: Tsigan;

y(nn)=0.2*sin(Wr*t)*(1+m*(2*x(nn)-1));

nn=nn+1;

end;

t=0:Tsigan/dts:Tsigan;

figure;plot(t,y);title('Модулированный сигнал');

% Спектр модулированного  сигнала

Sm=fft(y);   

Smv=fftshift(Sm);

Sma=abs(Smv);

fch=angle(Smv);

f=-Fw:2*Fw/dts:Fw;

figure;stem(f(dts/2+820-25:dts/2+820+25), Sma(dts/2+820-25:dts/2+820+25)),grid;title('АЧ спектр модулированного сигнала');

figure;stem(f(dts/2+820-25:dts/2+820+25), fch(dts/2+820-25:dts/2+820+25)),grid;title('ФЧ спектр модулированного сигнала');

%--------------------------------------------------------------------------

nn=0;

maxK_f=0;

for FF=0: 2*Fw/dts : Fw;

w=2*pi*FF;

nn=nn+1;

 

a1=[R1,-R1,0,0,0;

   -R1,R1+Z11,Z12,0,0;

   0,Z21,Z22+j*w*p*L1+p*r,0,j*w*p*L1+p*r;

   0,0,0,Zn+j*w*(1-p)*L1+(1-p)*r,-j*w*(1-p)*L1-(1-p)*r;

   0,0,j*w*p*L1+p*r,-j*w*(1-p)*L1-(1-p)*r,j*w*L1+r+1/(j*w*C1)];

 

a=[R1,-R1,0,1,0;

   -R1,R1+Z11,Z12,0,0;

   0,Z21,Z22+j*w*p*L1+p*r,0,j*w*p*L1+p*r;

   0,0,0,0,-j*w*(1-p)*L1-(1-p)*r;

   0,0,j*w*p*L1+p*r,0,j*w*L1+r+1/(j*w*C1)];

 

Kuk(nn)=Zn*det(a)/det(a1);

K(nn)=abs(Zn*det(a)/det(a1));

FF2(nn)=FF;

if maxK_f<=K(nn)

  maxK_f=K(nn);

  maxN_f=nn;

 end

end;

NNN=nn;

%--------------------------------------------------------------------------

Kuk(1)=0;

 for NN=1:1:nn

SpecF(NN)=Kuk(NN)*Sm(NN);   

 end

%--------------------------------------------------------------------------

SA=abs(SpecF);

SF=angle(SpecF);

figure, stem(FF2(maxN_f-25:maxN_f+25),SA(maxN_f-25:maxN_f+25));title('АЧ спектр модулированного сигнала на выходе')

figure, stem(FF2(maxN_f-25:maxN_f+25),SF(maxN_f-25:maxN_f+25));title('ФЧ спектр модулированного сигнала на выходе')

%--------------------------------------------------------------------------

sign_fin=ifft(ifftshift(SpecF));

t=0:2*Tsigan/dts:Tsigan;

figure, plot(t,sign_fin);title('Модулированный сигнал на выходе')

%--------------------------------------------------------------------------

%Импульсная  характеристика

%--------------------------------------------------------------------------

% Посторение  сигнала

t=0:Tsigan/dts:Tsigan;

x2=rectpuls(t-Tsigan/2,Tsigan/5000);

figure, plot(t,x2);grid;title('Импульс');

%--------------------------------------------------------------------------

Sm2=fft(x2);

for NN=1:1:NNN

SpecF2(NN)=Kuk(NN)*Sm2(NN);   

 end

%--------------------------------------------------------------------------

sign_fin2=ifft(ifftshift(SpecF2));

t=0:2*Tsigan/dts:Tsigan;

figure, plot(t(4999:6000),sign_fin2(4999:6000));title('Импульс на выходе схемы')