денисов. Курсовая работа преобразование сигналов в радиотехнических цепях

• Название: Курсовая работа преобразование сигналов в радиотехнических цепях
• Дата: 22.01.2018
• Размер: 494 Kb.
• Имя файла: денисов.doc
• Тип: Курсовая; #34840

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Н. П. ОГАРЁВА»


Институт физики и химии

Кафедра радиотехники
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Автор курсовой работы ­­­­­­ И.В.Жандаров
^{(подпись) (дата)}

Обозначение курсовой работы КР-2069965-110501-04-16

Специальность 110501 «РЭСиК»

Руководитель работы Б. Н. Денисов

^{(подпись) (дата)}


Оценка___________

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Н. П. ОГАРЁВА»


Институт физики и химии

Кафедра радиотехники

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Студент Жандаров И.В.

1 Тема Преобразование сигналов в радиотехнических цепях

2 Срок представления работы к защите 25.10.2016г

3 Исходные данные для расчёта

3.1 Вариант 9-9

3.2 Параметры входного сигналаA = 4.2 В, g = 8, f= 1 кГц

3.3 Параметры фильтра R = 850 Ом, С = 42 нФ

4 Содержание курсовой работы

4.1 Расчет амплитудного и фазового спектров на входе ФВЧ

4.2 Построение АЧХ и ФЧХ для выбранного фильтра

4.3 Расчет амплитудного и фазового спектров на выходе ФВЧ

4.4 Синтез сигналов на входе и на выходе фильтра

5 Перечень графического материала:

Руководитель работы Б.Н. Денисов

^{(подпись) (дата)}

Задание принял к исполнению: И.В.Жандаров

^{(подпись) (дата)}
С


Одержание

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Расчет амплитудного и фазового спектров на входе ФВЧ 5

2 Определение характеристик для ФВЧ 7

3 Построение диаграмм амплитудного и фазового спектров

на выходе ФВЧ 9

4 Синтез сигналов на входе и на выходе ФВЧ 11

5 Моделирование RC-фильтра в Multisim 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 15

ВВЕДЕНИЕ
"Радиотехнические цепи и сигналы» - базовая дисциплина в системе подготовки инженера в области радиотехники Целью курса является изучение фундаментальных закономерностей, связанных с получением сигналов, их передачей по каналам связи, обработкой и преобразованием в радиотехнических цепях. Курсовая работа позволяет закрепить навыки по математическому описанию сигналов, определению их спектрального состава, расчету амплитудно-частотных характеристик цепей, а также по анализу преобразования сигналов в линейных цепях. Успешное выполнение курсовой работы предполагает использование студентами знаний из предшествующих дисциплин «Высшая математика", "Основы теории цепей".

Цель – исследование прохождения различных сигналов через электрические цепи. В данной работе подверглось изучению прохождения прямоугольного видеоимпульса (меандра) через фильтр высоких частот (ФВЧ) в соответствии с рисунком 2.


Рисунок 1 – Прямоугольный видеоимпульс


Рисунок 2 – Фильтр высоких частот


РАСЧЕТ АМПЛИТУДНОГО И ФАЗОВОГО СПЕКТРОВ

НА ВХОДЕ ФВЧ
Рассчитаем амплитудный и фазовый спектр заданного сигнала (20 гармоник). Построим диаграммы амплитудного и фазового спектра. Согласно заданию на вход радиотехнического устройства поступает последовательность униполярных прямоугольных импульсов с длительностью τ, периодом T и амплитудой U_m.

Зная частоту сигнала, определим период и длительность импульсов.

(1)

(2)

Определим постоянную составляющую сигнала:

(3)

Найдем амплитуды гармоник меандра:

(4)

где f=1/T круговая частота, частота следования импульсов. Тогда формула для k-ой гармоники ряда Фурье будет иметь вид:

(5)

С помощью выражения (5) определяем амплитуды гармоник сигнала. Найдем амплитуды:

первой гармоники (k = 1):

(6)

второй гармоники (k = 2):

(7)

и т.д. Полученные данные заносим в таблицу 1 и строим диаграмму амплитудного спектра сигнала на входе ФВЧ в соответствии с рисунком 3.

Определим фазы гармоник. Знак «+» перед амплитудой означает, что фаза гармоники равна 0, а знак «» после 10-ой гармоники означает, что фаза сменилась на радиан, начиная с 20-ой гармоники, фаза снова меняется на . Полученные данные заносим в таблицу 1 и строим диаграмму в соответствии с рисунком 4.



Рисунок 3 – Амплитудный спектр входного сигнала


Рисунок 4 – Фазовый спектр входного сигнала
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ФВЧ
Фильтр высоких частот (ФВЧ) в соответствии с рисунком 2. При проведении вычислений номиналы RC-фильтра, согласно варианту, приняты следующими: R= 850 Ом и Ф.

Рассчитаем амплитудно-частотную характеристику фильтра (АЧХ):

(8)

учтем, что получим выражение дляK(f):

(9)

Рассчитаем фазочастотную характеристику фильтра (ФВЧ). Сдвиг фазы определим из соотношения , где aдействительная часть комплексного сопротивления (Ζ), bмнимая часть комплексного сопротивления.

(10)

Формула для вычисления ФЧХ будет иметь вид:

(11)

Значения и ФВЧ представлены в таблицу 1.


Рисунок 5 – АЧХ ФВЧ


Рисунок 6 – ФЧХ ФВЧ

ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ АМПЛИТУДНОГО И

ФАЗОВОГО СПЕКТРОВ НА ВЫХОДЕ ФВЧ
Амплитуды гармоник на выходе ФВЧ рассчитывается с помощью соотношения:

(12)

гдеa_k – амплитуда k гармоники, K(f)  значение коэффициента передачи на частоте гармоники

Фазы гармоник сигнала на выходе фильтра определим с помощью соотношения:

(13)

Формула для построения диаграммы фазового спектра на выходе ФВЧ.

Параметры сигнала на выходе ФВЧ представлены в таблице 1.


Рисунок 7 – Амплитудный спектр выходного сигнала



Рисунок 8 – Фазовый спектр выходного сигнала
Таблица 1 – Рассчитанные значения

Общий параметр			Значения параметров на входе ФВЧ.		Значение параметров ФВЧ.		Значения параметров на выходе ФВЧ.
№ п/п		кГц	, В				, мкВ
0	0	0	1,2	0	0	-	0	0
1	6280	1	1,1804	0	0,218765	1,35025	0,2582	1,3503
2	12500	2	1,1226	0	0,409144	1,14928	0,4593	1,1493
3	18800	3	1,0301	0	0,558097	0,97871	0,5749	0,9787
4	25100	4	0,9082	0	0,667641	0,83976	0,6064	0,8398
5	31400	5	0,7639	0	0,746227	0,72842	0,5700	0,7284
6	37600	6	0,6055	0	0,802536	0,63926	0,4859	0,6393
7	43960	7	0,4415	0	0,843343	0,56732	0,3723	0,5673
8	50240	8	0,2806	0	0,873418	0,50862	0,2451	0,5086
9	56520	9	0,1312	0	0,895999	0,46012	0,1176	0,4601
10	62800	10	0	0	0,913271	0,41955	0	0,4196
11	69080	11	0,1073	-	0,926712	0,38523	0,0994	-2,756
12	75360	12	0,1871	-	0,937343	0,35587	0,1754	-2,786
13	81640	13	0,2377	-	0,945874	0,33052	0,2248	-2,811
14	87900	14	0,2595	-	0,952811	0,30843	0,2473	-2,833
15	94200	15	0,2546	-	0,95852	0,28903	0,2440	-2,853
16	100400	16	0,227	-	0,96327	0,27187	0,2187	-2,87
17	106700	17	0,1818	-	0,967261	0,25659	0,1758	-2,885
18	113000	18	0,1247	-	0,970643	0,24291	0,1210	-2,899
19	119300	19	0,0621	-	0,973534	0,23058	0,0605	-2,911
20	125600	20	0	-	0,976022	0,21943	0	-2,922

СИНТЕЗ СИГНАЛОВ НА ВХОДЕ И ВЫХОДЕ ФВЧ
На основании полученных результатов синтезируем сигналы на входе и на выходе фильтра ВЧ с помощью ряда Фурье, используя 20 гармоник для более точного представления:
(14)


Рисунок 9 – Входной сигнал


Рисунок 10 – Выходной сигнал
МОДЕЛИРОВАНИЕ RC-ФИЛЬТРА В MULTISIM
Смоделируем процесс прохождения видеоимпульса через заданный RC-фильтр.



Рисунок 11 – фильтр ВЧ в Multisim


Рисунок 12 – Сигналы на входе и на выходе фильтра ВЧ в Multisim




Рисунок 13 – АЧХ фильтра ВЧ в Multisim


Рисунок 14 – ФЧХ фильтра ВЧ в Multisim

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе я проанализировал прохождение прямоугольного видеоимпульса (меандра) через RC цепочку, являющейся ВЧ фильтром. Зная особенности фильтра, параметры входного сигнала и используя ряд Фурье, можно с легкостью рассчитать выходной сигнал. Также верно обратное: зная спектр сигнала на выходе, с помощью математических формул можно рассчитать входной сигнал.

Так как любой сигнал представляет собой сумму простейших сигналов (гармоник), то знание рядов Фурье сильно упрощает его анализ. Рассчитывая коэффициенты Фурье, мы рассчитываем те самые простейшие сигналы, с помощью которых мы можем синтезировать более сложные. Т.е. зная спектр мы можем дать полную оценку характеристик и параметров сигнала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов по спец. “ Радиотехника”. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988. – 448 с.
   
2. 
   Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1986. – 512 с.
   
3. 
   Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1994. – 480с.
   

Вопросы к курсовой работе 3курс д/о

1. 
   Записать обобщенный ряд Фурье. Какие функции необходимо использовать для аппроксимации сигналов?
   
2. 
   Что понимается под взаимной энергией и взаимной мощностью сигналов (t) и (t)?
   
3. 
   Почему для разложения сигнала в ряд Фурье удобно использовать ортогональную систему базисных функций?
   
4. 
   Как определяют коэффициенты обобщенного ряда Фурье?
   
5. 
   Что понимают под спектром сигнала?
   
6. 
   Записать тригонометрический ряд Фурье. Как определяются коэффициенты ряда Фурье?
   
7. 
   Записать сокращенную форму ряда Фурье.
   
8. 
   Каковы особенности спектрального анализа четных и нечетных гармоник?
   
9. 
   Дать определение АЧХ, ФЧХ. Привести выражение и порядок расчета АЧХ в общем случае.
   
10. 
    Как проводится расчет спектра сигнала по известной АЧХ на выходе схемы?
    
11. 
    Как рассчитать мощность сигнала?
    
12. 
    Описать принцип работы параллельного анализатора спектра.
    
13. 
    Описать принцип работы последовательного анализатора спектра.
    
14. 
    Что называют углом отсечки? Как экспериментально определяется угол отсечки?
    
15. 
    Как изменяется спектральный состав тока на выходе линейной цепи?
    

Саранск

2016