Чтобы скачать эту работу пришлите любую свою работу. В. В. Логвинов теория электрических цепей, схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной связи, радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа лабораторный практикум
 Скачать 5.6 Mb.
|
|
1 Серия «Библиотека студента» В. В. Фриск, В. В. Логвинов ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, СХЕМОТЕХНИКА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ, РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ, РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ И РАДИОДОСТУПА ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ - III НА ПЕРСОНАЛЬНОМ КОМПЬЮТЕРЕ Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи по профилю Системы радиосвязи и радиодоступа и Системы мобильной связи. Москва СОЛОН-ПРЕСС 2014 2 Рецензенты: Р.Б. Мазепа, профессор (МАИ) В.В. Баринов, профессор (МИЭМ) Аннотация Данное учебное пособие является продолжением вышедшей в 2008 году книги Фриск В.В., Логвинов В.В. «Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере» и вышедшей в 2011 году книги Логвинов В.В., Фриск В.В. «Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной связи и стационарной радиосвязи, теория электрических цепей. Лабораторный практикум – II на персональном компьютере», Пособие состоит из двух частей. В первой части представлены лабораторные работы по дисциплине «Теории электрических цепей». Во второй части приведены лабораторные работы для студентов изучающих дисциплины «Схемотехника телекоммуникационных устройств», «Радиоприемные устройства систем мобильной связи» и «Радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа». Все лабораторные работы выполняются на персональном компьютере с помощью системы схемотехнического моделирования Micro-Cap 10 . (Microcomputer Circuit Analysis Program – «Программа анализа схем на микрокомпьютерах»). Лабораторные работы №36 главы 1 и №*** главы 2 могут быть использованы при личностно-ориентированном подходе. Для студентов, бакалавров, магистров и аспирантов высших учебных заведений (университетов связи), инженерно-технических работников, также будет полезна учащимся техникумов и колледжей связи направлений подготовки Инфокоммуникационные технологии и системы связи, Радиотехника. 3 Предисловие Предлагаемое Вашему вниманию учебное пособие является продолжением и развитием, ранее изданного авторами: В.В. Фриск, В.В. Логвинов «Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере» и «Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной связи и стационарной радиосвязи, теория электрических цепей. Лабораторный практикум – II на персональном компьютере». Публикуемое пособие учитывает требования федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения. В первой части данного учебного пособия представлены лабораторные работы по дисциплине «Теория электрических цепей» (ТЭЦ), включающие исследование на ЭВМ спектров периодических негармонических сигналов, моделирование конвертора отрицательного сопротивления и переходных процессов в цепях первого порядка, исследование входных частотных характеристик в RL-цепях, пассивных цепей при гармонических воздействии на постоянной частоте, активных интегрирующих и дифференцирующих цепей, нелинейных цепей при гармонических воздействиях, активных фильтров Баттерворта первого порядка, позволяющие студентам получить знания и навыки при анализе и синтезе электрических цепей с применением персонального компьютера (ПК). Лабораторная работа №24а является улучшенным вариантом работы №24 (том II). Теоретическая часть материала, необходимого для выполнения работ по первой части изложена в книге Фриск В.В. «Основы теории цепей». Дополнительные лабораторные работы могут быть взяты из книги того же автора «ОТЦ. Лабораторный практикум на персональном компьютере». Каждая лабораторная работа первой части рассчитана на 2 часа предварительной подготовки и на два часа выполнения на ПК типа IBM PC, на котором установлена программа Micro-Cap 10.0.9.2 Evaluation Version или более высокой версии, разработанной фирмой Spectrum Software. Во второй части пособия приведены лабораторные работы для студентов старших курсов, изучающих дисциплины «Схемотехника телекоммуникационных устройств» (CТУ), «Радиоприемные устройства систем мобильной связи» и «Радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа» (РПрУ). В первом разделе второй части исследуются узлы, реализованные с применением интегральных микросхем (ИМС), и широко используемые в последетекторном тракте аналоговых радиоприемных устройств и систем подвижной радиосвязи. Определяются и оптимизируются основные характеристики активных полосовых 4 RC-фильтров, регуляторов тембра, логарифмических усилителей, а так же бестрансформаторных усилителей мощности. Во втором разделе исследуются типовые узлы приемников аналоговых и цифровых сигналов, обеспечивающих выделение и преобразование полезных сигналов из множества, поступающих на вход приемника. Проводится анализ узлов радиотакта с учетом их взаимного влияния, изучаются свойства преобразователей частоты и синхронного амплитудного детектора, построенных на основе ячейки Гильберта. Исследование свойств реальных радиоэлектронных узлов проводится на основе их принципиальных схем с применением PSpice- моделей активных компонентов отечественного производства. Лабораторные работы второй части рассчитаны на 4 ч. предварительной подготовки и на 4 ч. ее выполнения на ПК. Описание каждой лабораторной работы содержит сведения о параметрах используемых моделей компонентов, генераторов, особенности их применения и рекомендации по выбору условий анализа. Это позволяет выполнять лабораторные работы студенту, способному самостоятельно загрузить студенческую версию Micro-Cap 10 (demo) из Интернета с сайта http:www.spectrum-soft.com/. Компьютерный практикум может быть предложен как альтернатива лабораторному, использующему натурное (физическое) исследование макетов узлов радиоэлектронных устройств. Его могут использовать студенты и с дистанционной формой обучения. Работа по написанию данного учебного пособия распределилась следующим образом: главу 1 написал Фриск В.В. (http://frisk.newmail.ru/), главу 2 написал Логвинов В.В. 5 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие Глава первая ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ТЭЦ Лабораторная работа № 24a Исследование на ЭВМ спектров периодических негармонических сигналов Лабораторная работа № 29 Моделирование на ЭВМ конвертора отрицательного сопротивления Лабораторная работа № 30 Моделирование на ЭВМ переходных процессов в цепях первого порядка Лабораторная работа № 31 Исследование входных частотных характеристик в RL-цепи Лабораторная работа № 32 Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте Лабораторная работа № 33 Исследование активных интегрирующих и дифференцирующих цепей Лабораторная работа № 34 Исследование нелинейных цепей при гармонических воздействиях Лабораторная работа № 35 Исследование активных фильтров Баттерворта первого порядка Лабораторная работа № 36 Исследование удвоителя напряжения Глава вторая ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ОС И РПрУ Раздел первый ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ОС Лабораторная работа №1 Резисторный каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе Лабораторная работа №3 Исследование усилителя мощности на основе ОУ Лабораторная работа №7 Исследование эмиттерного повторителя Лабораторная работа №8 Широкополосный усилитель с цепями коррекции Раздел второй ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО РПрУ Лабораторная работа №5 Исследование дробного детектора Лабораторная работа №6 Исследование свойств гетеродина на биполярном транзисторе Лабораторная работа №14 Исследование диодного детектора Лабораторная работа №15 Исследование преобразователя частоты на биполярном транзисторе Лабораторная работа №16 Исследование транзисторного резонансного усилителя 6 Лабораторная работа № 24a Исследование на ЭВМ спектров периодических негармонических сигналов 1 Цель работы С помощью машинного эксперимента изучить спектральный состав периодических негармонических сигналов. 2 Задание для самостоятельной подготовки Изучить основные положения теории по спектрам сигналов стр. 4-12 [1], стр.136-143 [2], стр.6-12 [3], стр.159-164 [5]; выполнить предварительный расчет; письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [4]. 3 Предварительный расчет 3.1 Построить кривую на отрезке времени 0 t 1мкс, мгновенное значение которой определяется выражением ) 2 sin(3 3 + ) sin(2 5 + 2 ) ( 1 1 t f t f t u В, (1) где f 1 =1 М Гц. 3.2 Построить амплитудный дискретный спектр этого сигнала. 3.3 Получите по формулам Эйлера-Фурье спектр однополупериодного сигнала (рис. 1). Нарисуйте его в масштабе. Рис. 1 U m =100 В, f=1/T = 100 Гц. 7 4 Порядок выполнения работы 4.1 Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap. В появившемся окне вызвать источник напряжения NFV, задаваемый математической зависимостью (рис.2). Рис. 2 Ввести в окне Value математическую зависимость (1) (рис. 3). 2+5.0*SIN(2*PI*1E6*t)+3.0*SIN(3*2*PI*1E6*t) 8 Рис. 3 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени. Закройте это окно. Нажмите кнопку ОК (рис. 3). Осциллограф и анализатор спектра просто дорисовываются (рис. 4) кнопкой «Graphics». Отрицательный полюс источника должен быть заземлен. 9 Рис. 4 В случае возникновения проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.newmail.ru/) для ознакомления файл L24_1.CIR (File\Open…). Построить зависимость мгновенного напряжения генератора NFV на отрезке времен 0 t 1 мкс и его дискретный амплитудный спектр. Для этого в меню Analysis выбрать команду Transient… . На экране появиться окно Transient Analysis Limits. В нем задать параметры построения этих графиков, так как показано на рис. 5. Рис. 5 Time Range интервал расчета переходного процесса Tmax[, Tmin]. Maximum Time Step максимальный шаг интегрирования. Page номер страницы в котором будет построен график. 10 P номер окна в котором будет построен график. X Expression – аргумент функции. Y Expression – имя функции. X Range интервал отображения аргумента по оси Х. Y Range интервал отображения функции по оси Y. Запустить построение, нажав кнопку Run. На экране появиться зависимости u(t)=V(E1) и результаты расчета гармоник этого сигнала HARM(E1). Убедитесь, что входной сигнал имеет негармоническую форму, а в дискретном спектре отсутствует вторая гармоника. Если вместо дискретного спектра выводится ломанная линия, то щелкните мышью на этой линии и введите данные так как показано на рис. 6 и рис. 7. Рис. 6 11 Рис. 7 4.2 Отредактируйте полученные графики используя кнопку Т (Text Mode). Добавьте названия, введите единицы измерения по осям и т.п.. Для помещения этих графиков в отчет нужно одновременно нажать на клавиатуре клавиши <Alt + Print Screen>, открыть отчет и нажать кнопку «Вставить». 4.3 Продолжить моделирование и построить кривую u(t)=V(Е1) и дискретный спектр HARM(Е1) если амплитуда третьей гармоники равна 1 В. Для перехода к схеме цепи используйте на клавиатуре клавишу F3. Для перехода к окну Transient Analysis Limits используйте на клавиатуре клавишу F9. Закончить моделирование. 4.4 Собрать простейшую выпрямительную схему состоящую из источника синусоидального напряжения Sine Source (Component\Analog Primitives\Waveform Sources) с амплитудой 100 В и частотой 100 Гц (рис. 8), полупроводникового диода и резистора 10 кОм и земли (рис. 9). 12 Рис. 8 Рис. 9 Выбор элементов можно осуществить с помощью основного меню (рис. 10). Рис. 10 13 При вводе диода задается значение DO (рис. 11). Рис. 11 Нажмите кнопку ОК. Соединительные линии прочерчиваются ортогональными проводниками Wire Mode. 4.5 Щелкнуть на закладке Models находящейся в левом нижнем углу экрана и ввести следующие параметры полупроводникового диода и источника синусоидального напряжения (рис. 12). .MODEL V1 SIN (F=100 A=100) .MODEL D0 D (IS=10F), Рис. 12 где: IS=10F ток насыщения; F=100 Гц частота синусоидального сигнала; 14 A=100 В – амплитуда синусоидального сигнала. При затруднениях загрузите файл L24_2.CIR. 4.6 Построить на первом графике зависимость мгновенного напряжений генератора V(V1). На втором графике построить зависимость мгновенного напряжения на резисторе V(R1) и на третьем графике его дискретный амплитудный спектр HARM(V(R1)). Для этого в меню Analysis выбрать команду Transient… (рис. 13). Рис. 13 На экране появиться окно Transient Analysis Limits. В нем задать параметры построения этих графиков, так как показано на рис. 14. Рис. 14 Запустить построение, нажав кнопку Run. На экране появиться зависимости мгновенных напряжений на генераторе, резисторе и результаты расчета гармоник напряжения на резисторе. 15 Убедитесь, что напряжение на генераторе синусоидальной формы, а напряжение на резисторе имеет однополупериодную форму. 5 Обработка результатов машинного эксперимента Сравнить кривые напряжений и спектры с аналогичными кривыми, и спектрами полученными в предварительном расчете. Сделать выводы. 6 Вопросы для самопроверки 1. Что такое спектр напряжения? 2. Почему анализируемые напряжения имеют дискретный спектр? 3. Запишите ряд Фурье и назовите его составляющие. 4. Что представляет собой равенство Парсеваля? 7 Содержание отчета Отчет оформляется в формате MS Word 2010. Шрифт Times New Roman 14, 1,5 интервала. Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал: титульный лист; цель работы; результаты машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены в напечатанном виде вопросы для самопроверки и ответы на них. 8 Литература 1. Семенова Т.Н., Сивов В.А., Урядников Ю.Ф., Фриск В.В. Теория электрических цепей. Ч II.- М.: МТУСИ, 2000. – 57 с. 2. Добротворский И.Н. ТЭЦ. Лабораторный практикум. – М.: Радио и связь, 1990. – 216 с. 3. Каблукова М.В. Теория электрических цепей (часть 2). Конспект лекций. – М.: МТУСИ, 2000. – 84 с. 4. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. –М.: СОЛОН, 1997. – 280 с. 5. Фриск В.В. Основы теории цепей. – М.: РадиоСофт, 2002. – 288 с. 16 Лабораторная работа № 29 Моделирование на ЭВМ конвертора отрицательного сопротивления 1 Цель работы С помощью машинного эксперимента получить величины входного сопротивления конвертора отрицательного сопротивления (КОС) при различных величинах сопротивления нагрузки. Экспериментально исследовать частотные характеристики реактивной составляющей входного сопротивления КОС. 2 Задание для самостоятельной подготовки Изучить основные положения теории активных четырехполюсников стр. 214-217 [1], стр. 64-65 [2], стр. 407-409 [3]; выполнить предварительный расчет; письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [4]. 3 Предварительный расчет 3.1 Вычислить входное сопротивление КОС если сопротивление нагрузки принимает следующие значения R H =10, 20, 30, 40, 50 Ом принять K=1, 2, 3, 4, 5 (рис. 1). Рис. 1 Результаты расчета занести в таблицу 1. 17 3.2 Подобрать величины сопротивлений КОС R 1 и R 2 (рис. 2) удовлетворяющих данным R H и K из предыдущего пункта. Рис. 2 Полученные данные занести в таблицу 1. Таблица 1 По предварительному расчету Получено экспериментально R H , Ом K R ВХ , Ом R 1 , Ом R 2 , Ом R ВХ , Ом 10 1 20 2 30 3 40 4 50 5 С= C= L= L= 3.3 Построить временные зависимости R ВХ =f(t)= –K*R H , где t [0; 5] c для пяти пар K и R H взятых из таблицы 1. Пример одной такой зависимости показан на рис. 3. 18 Рис. 3 3.4 Выведите формулу мнимой части входного сопротивления от частоты заменив в КОС (рис. 2) резистор R 1 на конденсатор C 1, (рис. 4). Рис. 4. Рассчитайте входную емкость и постройте график частотной характеристики Im[Z BX (f)], R 2 =R H =10 Ом, С 1 =230 нФ, f [1; 10] кГц. Полученные данные занести в таблицу 1. 3.5 Выведите формулу мнимой части входного сопротивления от частоты заменив в КОС (рис. 2) резистор R2 на конденсатор C1 (рис. 5). 19 Рис. 5 Рассчитайте входную индуктивность и постройте график частотной характеристики Im[Z BX (f)], R 1 =R H =10 Ом, С 1 =230 нФ, f [1; 10] кГц. Полученные данные занести в таблицу 1. |