Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Декабря 2012 в 16:48, курсовая работа
В качестве исходных данных для курсовой работы задана схема электрическая принципиальная каскада (Рисунок 1) , номиналы элементов (Таблица 1), функция входно-го воздействия (Рисунок 2).
Для решения задач курсовой работы необходимо:
1. Объяснить, письменно, работу схемы и назначение всех элементов;
2. Изобразить эквивалентную схему заданной цепи в рабочем диапазоне частот;
3. Определить параметры линейной схемы замещения на резонансной частоте кон-тура;
1 Задание и исходные данные
2 Анализ схемы
3 Определение параметров линейной схемы
на резонансной частоте
4 Построение эквивалентной схемы заданной
цепи для рабочего диапазона частот
5 Нахождение передаточной функции цепи
по напряжению. Построение АЧХ и ФЧХ схемы
для рабочего диапазона частот
6 Расчет и построение АЧ и ФЧ спектров
управляющего сигнала
7 Отклик схемы на гармонический АМ – сигнал
8 Импульсная характеристика
9 Приложение
10 Выводы
11 Список литературы
Содержание
|
|
|
|
3 Определение параметров линейной схемы на резонансной частоте |
|
4 Построение эквивалентной схемы заданной цепи для рабочего диапазона частот |
|
5 Нахождение передаточной функции цепи по напряжению. Построение АЧХ и ФЧХ схемы для рабочего диапазона частот |
|
6 Расчет и построение АЧ и ФЧ спектров управляющего сигнала |
|
7 Отклик схемы на гармонический АМ – сигнал |
|
8 Импульсная характеристика |
|
9 Приложение |
|
10 Выводы |
|
11 Список литературы |
1 Задание и исходные данные
В качестве исходных данных для курсовой работы задана схема электрическая принципиальная каскада (Рисунок 1) , номиналы элементов (Таблица 1), функция входного воздействия (Рисунок 2).
Для решения задач курсовой работы необходимо:
Записать функцию спектральной плотности. Построить графики АЧХ и ФЧХ спектра;
Рисунок 1 - Схема электрическая принципиальная исследуемого каскада
Таблица 1 – Перечень и номиналы пассивных компонентов схемы
Элемент |
Номинал |
Элемент |
Номинал |
R1 |
180 кОм |
Rн |
200 кОм |
R2 |
180 Ом |
Сн |
80 пФ |
L1 |
600 мкГн |
Q |
100 |
L2 |
350 мкГн |
CЗИ |
12 пФ |
C1 |
820 пФ |
СЗС |
5пФ |
C3 |
22 нФ |
Ri |
90 кОм |
C5 |
10 мкФ |
S |
3*10-3 |
Функция входного воздействия имеет вид:
Рисунок 2 – Функция входного воздействия
2 Анализ схемы
Определим резонансную частоту контура:
где
Данный каскад является резонансным усилителем верхней частоты.
Объясним назначение каждого из элементов исследуемой схемы.
Для оценки усилительных свойств транзистора вводится понятие граничной частоты по крутизне и обозначается как .
На этой частоте модуль крутизны уменьшается в 1,4 раза по сравнению низкой частотным значением, граничная частота определяется по формуле 3:
, (3)
где - параметр, который характеризует сопротивление участка канала полевого транзистора вблизи стока и стока.
Для расчета будем считать что = 200Ом.
Рассчитаем по формуле 3 граничную частоту
,
3 Определение параметров линейной схемы на резонансной частоте
Для упрощения анализа схемы определим значение сопротивления вспомогательных элементов на частоте равной резонансной частоте. К таким элементам относятся:
Xc3.1, Xc5, Rр:
Т.к. Xс3.1 и Xc5 малы в рабочем диапазоне частот, то они исключаются из эквивалентной схемы.
Рассчитаем малосигнальные параметры транзистора, используя расчетное значение резонансной частоты.
Неопределённая матрица
При использовании в анализе
метода контурных токов нам
где - определитель матрицы Y, равный [-1.11+j206,7]·10-10.
В результате получаем неопределённую матрицу сопротивлений со следующими элементами[Ом]:
4 Построение эквивалентной схемы заданной цепи для рабочего диапазона частот
Т.к. граничная частота fs много больше резонансной частоты fр можем использовать схему замещения.
С учетом того, что транзистор работает в узкополосном режиме вблизи резонансной частоты эквивалентную схему транзистора целесообразно преобразовать в следующий вид. Результат преобразования представлен на рисунке 3
Рисунок 3 - Схема замещения
В результате данного преобразования проводимости ветвей будут комплексными, но не будут зависеть от частоты.
При расчете узкополосных схем целесообразно рассматривать транзистор как проходной четырехполюсник. В этом случае он будет полностью охарактеризован 4-мя параметрами, которые являются комплексными, но частотно независимыми. Для заданной схемы перейдем от Y-параметров к Z- параметрам. Результат представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема замещения с Z-параметрами
Таким образом, схема примет вид, представленный на Рисунке 5
Рисунок 5 - Итоговая схема преобразований
5 Нахождение передаточной
функции цепи по напряжению. Построение
Для нахождения передаточной функции используем метод контурных токов. В результате преобразования схемы мы получили 4 контура. Возможность анализа поведения схемы в узком диапазоне частот при высокой добротности используемого контура позволяет существенно упростить составляемую систему уравнений. Матрица контурных токов:
Коэффициент передачи по напряжению мы можем найти по следующей формуле:
где -- определитель матрицы v;
-- определитель матрицы, в которой 4-ый столбец заменен матрицей напряжений (входное напряжение принимаем за единицу):
Передаточная функция имеет
Вычисления будем проводить, используя программный пакет MatLab.
АЧХ и ФЧХ будут иметь вид, представленный на Рисунках 6-7.
6 Расчет и построение АЧ и ФЧ спектров управляющего сигнала
Данный в условии управляющий сигнал представлен формулой вида:
,
где t – время.
Следовательно, управляющий сигнал будет иметь вид, представленный на рисунке 2.
Пусть в схему поступает 3 периода управляющего сигнала (Рисунок 8)
Рисунок 8 – 3 периода управляющего сигнала
Амплитудно-модулированное колебание. Его АЧ и ФЧ спектры.
По условию дано:
модуляция – балансовая,
Uмах = 0.2 В,
начальная фаза несущей частоты равна 0 рад.
Амплитудно-модулированное колебание задается формулой:
,
где по условию m=1 (так как используется балансовая модуляция);
UH = 0.2 В;
φH = 0 рад.
Значит, аналитическое выражение
амплитудно-модулированного
;
График U(t) представлен на Рисунке 9.
На Рисунках 10 и 11 представлены амплитудный и фазовый спектры амплитудно-модулированного колебания.
Функция спектральной плотности имеет следующий вид
7 Отклик схемы на гармонический АМ - сигнал
Пусть на вход данной схемы подается сигнал, который представлен на Рисунке 13. Чтобы получить сигнал на выходе схемы, нужно поэлементно умножить значения АЧХ на значения спектральных составляющих, а затем, применив обратное преобразование Фурье, получим сигнал на выходе. Результаты проделанной работы представлены на Рисунках 12-14.
8 Импульсная характеристика схемы
Передаточная функция имеет вид:
Числитель и знаменатель делим на 24.42 и получаем:
Примем , , где
Получаем
Импульсная характеристика имеет вид:
В результате построения имеем график:
Рисунок 15 – Реакция схемы на импульс
Рисунок 9 – Амплитудно-модулированное колебание
Рисунок 14 – АМ сигнал на выходе схемы
Рисунок 10– АЧ спектр амплитудно-модулированного колебания
Рисунок 6 – Зависимость коэффициента передачи от частоты
Рисунок 12 - АЧ спектр АМ сигнала на выходе
Рисунок 11– ФЧ спектр АМ колебания
Рисунок 7 – Зависимость фазы от частоты
Рисунок 13 - ФЧ спектр АМ сигнала на выходе
9 Выводы
В результате выполнения курсовой работы было выяснено, что исследуемый каскад является резонансным усилителем верхних частот. Резонансная частота колебательного контура fр 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 [3], были рассчитаны Z-параметры [4]. Далее каскад был преобразован для удобства расчета. Эквивалентная схема каскада представлена на Рисунке 5.
После была найдена
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 2.035×105 Гц до 2.064×105 Гц.
Далее был поострен управляющий сигнал (Рисунок 8).
После этого, используя формулу [6] был построен АМ сигнал с модуляцией по закону заданного управляющего сигнала (Рисунок 9) и рассчитаны его АЧ и ФЧ спектры представленные, на Рисунках 10-11. Далее была записана функция спектральной плотности АМ сигнала[7].
Информация о работе Анализ прохождения сигнала через усилительный каскад