close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

TES Otchyot nomer 5

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ПРИКЛАДНОЙМАТЕМАТИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
КАФЕДРА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Отчёт по дисциплине
"Теория электрической связи"
Практическая работа №5
Выпрямители, ограничители, АМ-детекторы
Вариант 12
Выполнил: студент группы ТК-32 Царев А.Д.
Проверил: преподаватель кафедры РЭС Корепанов А.Г.
Киров 2012
Цель работы: исследование типовых схем выпрямителя, ограничителя и АМ-детектора.
Аппаратные и программные средства: персональный компьютер, пакет программ MicroCAP 7.0
Исследование однополупериодного выпрямителя
Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя представлена на рисунке 1.1:
Рисунок 1.1 - Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя
Исходные данные:
Входное напряжение: U_вх=311 В
Выходное напряжение: U_вых=9 В
Коэффициент пульсаций: K_п=0,001
Сопротивление нагрузки: R_н=10 кОм
Входная частота: f_вх=400 Гц
На рисунке 1.2 представлены осциллограммы входного и выходного сигналов выпрямителя:
Рисунок 1.2 - Осциллограммы входного и выходного сигналов выпрямителя
Выходное напряжение: U_вых=9,035 В Действующее значение напряжения: U_д=√(1/T ∫_0^(T⁄2)▒U_вых^2 sin^2⁡ωt dt)=U_вых/(2√2)=
=0,3535∙U_вых=3,194 В
Коэффициент пульсаций: K_п=U_вых/U_д =(9,035 )/3,194=2,829
Выберем реальный диод:
Обратное напряжение на диоде: U_обр=〖K_тр∙U〗_max=0,032∙311=9,95 В
Максимальный ток через диод: I_max=U_обр/R_н =(9,95 В)/(10 кОм)≈1 мА
В данном случае подходит диод ГД107Б: U_обрmax=20 В, I_обрmax=2,5 мА, частота норм
На рисунке 1.3 представлена принципиальная схема ограничителя с ФНЧ:
Рисунок 1.3 - Принципиальная схема ограничителя с ФНЧ
На рисунке 1.4 представлена осциллограмма пульсаций напряжения на выходе:
Рисунок 1.4 - Пульсации напряжения на выходе
Среднее напряжение: U_ср=9,1В
Коэффициент пульсаций: K_п=0,001
Напряжение пульсаций: U^~=U_ср∙K_п=9,1 мВ
Как видим из осциллограмм, требуемый уровень пульсаций достигнут (U^~=8,5 мВ).
Рассчитаем ёмкость фильтра аналитически:
1) K_п=1/(2πf∙τ_разр ), где
τ_разр - постоянная времени разрядки конденсатора, τ_разр=C∙R_н
K_п=1/(2πf∙τ_разр )=1/(2πf∙C∙R_н )
C=1/(2πf∙K_п∙R_н )=1/(6,28∙400∙0,001∙10000)=39,8 мкФ
Значение из ряда E24: C=39 мкФ
2) U=U_0∙e^(-T/τ), τ=C∙R_н
(9,1-0,009)=9,1∙e^(-0,0025/(10000∙C)), откуда
C=38,3 мкФ
Значение из ряда E24: C=39 мкФ К50-6-39 мкФ 50 В -20+50%
Резистор R_н=10 кОм Мощность: P=(U_вых^2)/R_н =82,81/10000=8,28 мВт C2-33H 0,125-10к ±5%
Выводы: однополупериодный выпрямитель применяется для выпрямления только одной полуволны гармонического сигнала, поэтому имеет большой коэффициент пульсаций. Для его уменьшения применяются сглаживающие емкостные фильтры. Конденсатор выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемый коэффициент пульсаций. Фильтр целесообразно применять с высокоомной нагрузкой, чтобы конденсатор имел не слишком большую электроёмкость. Найденная подбором ёмкость составила 240 мкФ, рассчитанная вручную - 39 мкФ. Выбран реальный тип диода - ГД107Б, удовлетворяющий параметрам схемы.
Исследование последовательного ограничителя на стабилитронах
На рисунке 2.1 приведена принципиальная схема последовательного ограничителя на стабилитроне:
Рисунок 2.1 - Схема последовательного ограничителя на стабилитроне
Исходные данные:
Ограничение - сверху
Входное напряжение: U_вх=15 В
Напряжение ограничения: U_огр=5 В
Сопротивление нагрузки: R_н=3 кОм
Входная частота: f_вх=1 кГц
Выберем реальный стабилитрон:
Ток стабилизации: I_ст=(U_вх-U_ст)/R_н =(15-10 В)/(3 кОм)=1,67 мА
Напряжение стабилизации: U_ст=U_вх-U_огр=10 В
В данном случае нам идеально подходит стабилитрон Д814B: U_ст=10 В, I_ст=5 мА
На рисунках 2.2 и 2.3 приведены осциллограммы входного и выходного напряжений и тока в цепи соответственно:
Рисунок 2.2 - Осциллограммы входного и выходного напряжений
Рисунок 2.3 - Осциллограмма тока в цепи
КПД ограничителя: η=P_н/P_и =U_н/U_и =14,31/15=0,954=95,4%
Реальный уровень ограничения: U_огр=4,684 В
Коэффициент передачи в полосе пропускания: K_U=U_н/U_и =0,954=-0,41 дБ
На рисунке 2.4 представлена амплитудная характеристика ограничителя:
Рисунок 2.4 - амплитудная характеристика ограничителя
Резистор R_н=3кОм Мощность: P=I_max^2 R_н=69,12 мВт C2-33H 0,125-3к ±5%
Выводы: основным преимуществом ограничителей на стабилитронах является то, что они не требуют дополнительных источников напряжения, однако уровень ограничения определяется лишь номинальным напряжением стабилизации. Диодные ограничители строятся по параллельным и последовательным схемам. Недостатком их по сравнению с ограничителями на стабилитронах является необходимость использования источников напряжения. Последовательные ограничителя имеют лучшую чёткость ограничения, чем параллельные. Из амплитудной характеристики видно, что при увеличении положительного напряжения до напряжения ограничения, напряжение на выходе не изменяется, а затем увеличивается пропорционально входному, при увеличении же от нуля отрицательного входного напряжения выходное увеличивается пропорционально ему.
Коэффициент передачи в полосе пропускания: K=14,277/14,967=0,954=95,4%.
Реальный уровень ограничения - 4,684 В.
Исследование АМ-детектора
На рисунке 3.1 представлена принципиальная схема источника АМ-колебаний, совмещённая с АМ-детектором:
Рисунок 3.1 - Схема АМ-источника/детектора
Исходные данные:
Модулирующая частота: f_м=4,5 кГц
Несущая частота: f_н=135 кГц
Коэффициент модуляции: K_м=0,5
Сопротивление нагрузки: R_н=10 кОм
Входное напряжение: U_вх=6 В
Тип ФНЧ: LC
Расположение диода: параллельно
На рисунке 3.2 представлены осциллограммы исходных модулирующего и несущего колебаний, а также АМ-сигнала:
Рисунок 3.2 - Осциллограммы модулирующего, несущего колебаний и АМ-сигнала
На рисунке 3.3 представлены осциллограммы сигнала после диода (точка in на рисунке 3.1) и сигнала на нагрузке R3, а также спектр сигнала на нагрузке:
Рисунок 3.3 - Осциллограммы сигнала после диода, на нагрузке и спектр сигнала на нагрузке
Как видим, колебания после детектора практически соответствую исходному модулирующему колебанию.
Расчёт параметров детектора:
Разделительный конденсатор: C_р=1/(2π∙f_м∙R_н )=1/(6,28∙4500∙10000)=3,54 нФ
Значение из ряда E24 C_р=3,9 нФ U_max=2,77 В К10-17-3900 пФ 50 В ±10%
Зададимся значением индуктивности катушки: L=33 мГн, тогда
C=1/(4π^2 f_м^2 L)=1/(4π^2 〖∙4500〗^2∙0,033)=35,74 нФ
Значение из ряда E24 C=3,3 нФ К10-17-3300 пФ 50 В ±10%
Коэффициент гармоник:
K_г=√(U_m2^2+U_m3^2+U_m4^2...)/U_m1 =√(42,25∙〖10〗^(-6)+5,15∙〖10〗^(-6)+1,96∙〖10〗^(-6)...)/2,771=0,007/2,771=0,25%
Уровень выходного сигнала: U_вых=2,77 В U_выхд=1,96 В Резистор R2=100 Ом U_maxR2=6 В P=36/100=0,36 Вт С2-33Н-0,5-100Ом ±10%
Выбрать диод
На рисунке 3.4 показано изменение выходного сигнала при изменении ёмкости фильтра:
Рисунок 3.4 - Изменение выходного сигнала при изменении ёмкости C фильтра
При малых значениях C граничная частота фильтра становится больше и он пропускает больше лишних гармоник спектра детектируемого сигнала, поэтому заметно появление высокочастотных колебаний (C=10 нФ). При больших значениях C граничная частота фильтра становится меньше и его характеристика обрезает сверху основную нужную гармонику сигнала (f=4,5 кГц), поэтому уровень сигнала уменьшается (C=50 нФ).
На рисунке 3.5 представлена характеристика детектирования АМ-детектора (зависимость выходного напряжения от несущей частоты на входе):
Рисунок 3.5 - Характеристика детектирования АМ-детектора
Как видим характеристика точно соответствует квадратичной характеристике диода.
На рисунке 3.6 представлен импульсный сигнал, АМ-сигнал с импульсной огибающей и результат прохождения этого сигнала через АМ-детектор:
Рисунок 3.6 - Результат прохождения имульсного сигнала через детектор
Как видим импульсный сигнал не восстанавливается после прохождения детектора, так как его спектр бесконечен а ФНЧ выделяет лишь малую часть гармоник из спектра сигнала, таким образом восстановить АМ-сигнал с импульсной составляющей таким детектором невозможно.
На рисунке 3.7 представлен треугольный импульс, АМ-сигнал с треугольной огибающей и результат прохождения этого сигнала через АМ-детектор:
Рисунок 3.7 - Результат прохождения треугольного сигнала через детектор
Результат прохождения через детектор треугольного сигнала аналогичен импульсному.
На рисунке 3.8 приведена общая схема АМ-дтектора:
Рисунок 3.8 - Схема АМ-детектора
Выводы: АМ-детектор применяется для выделения низкочастотной огибающей из АМ-сигнала. На входе имеем амплитудно-модулированный сигнал (f_н - несущая частота, f_м - огибающая). Спектр такого сигнала состоит из главной гармоники на частоте несущей и двух боковых гармоник, отстоящих от неё слева и справа на частоту огибающей (комбинационные частоты).
Нелинейный элемент с квадратичной характеристикой добавляет гармонику на частоте огибающей.
ФНЧ с граничной частотой, близкой к частоте огибающей, выделяет только эту составляющую из спектра сигнала.
Разделительный конденсатор отсекает постоянную составляющую сигнала.
На нагрузке имеем гармонический сигнал, повторяющий по частоте исходный модулирующий сигнал.
Этим и объясняется невозможность точного восстановления импульсного или треугольного сигнала, которые состоят из бесконечного числа гармоник. Приближаясь к более точной форме, например, импульсного сигнала, мы получаем дополнительные высокочастотные искажения, и наоборот.
Граничная частота ФНЧ должна быть близка к частоте огибающей для того, чтобы, во-первых, не пропустить лишние гармоники, во-вторых, не обрезать требующуюся гармонику (смотри рисунок 3.4)
Документ
Категория
Разное
Просмотров
42
Размер файла
216 Кб
Теги
otchyot, tes, nomer
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа