Розрахунок тракту передачі сигналів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсова робота

Теорія електричних і магнітних кіл

На тему: РОЗРАХУНОК ТРАКТУ ПЕРЕДАЧІ СИГНАЛІВ

Зміст

Вступ

1. Структура тракту передачі сигналів

2. Розрахунок частотних характеристик лінії зв'язку

2.1 Визначення величин первинних параметрів лінії

2.2 Розрахунок хвильового опору і коефіцієнта поширення лінії

2.3 Розрахунок А-параметрів лінії

3. Розрахунок фільтра

3.1 Розрахунок елементів фільтра

3.2 Розрахунок власних параметрів та А-параметрів фільтра

4. Розрахунок узгоджуючи трансформаторів

4.1 Розрахунок вхідного узгоджуючого трансформатора

4.2 Розрахунок вихідного узгоджуючого трансформатора

5. Розрахунок робочого згасання тракту передачі і визначення потужності генератора

5.1 Визначення величини параметрів узагальненого чотириполюсника і робочого згасання тракту передачі

5.2 Визначення потужності генератора

Висновки

Список літератури

Вступ

У сучасних мережах зв'язку використовуються аналогові та цифрові системи передачі (СП) з тенденцією поступового переходу до застосування тільки цифрових систем. Однак чекає тривалий період співіснування на мережах зв'язку аналогових і цифрових систем, коли велика кількість з'єднань буде встановлюватися з використанням обох технологій. Для забезпечення в цих умовах заданих характеристик каналів і трактів, що гарантують високу якість передачі інформації, принципи проектування цифрових і аналогових систем передачі повинні бути сумісні.

Лінія зв'язку (ЛЗ) - фізичне середовище, по якому передаються інформаційні сигнали апаратури передачі даних і проміжної апаратури. У широкому сенсі - сукупність фізичних ліній і лінійних трактів систем передачі, що мають спільні лінійні споруди, пристрої їх обслуговування і спільне середовище поширення.

Тракт - сукупність обладнання та середовища, що формують спеціалізовані канали мають певні стандартні показники: смуга частот, швидкість передавання тощо. Тракт є важливою гілкою системи зв'язку.

Метою виконання даної курсової роботи є закріплення, поповнення та систематизація знань в процесі самостійної роботи при розрахунку тракта передачі сигналів.

1. Структурна схема тракту передачі сигналів

Тракт передачі сигналу-це сукупність пристроїв, що забезпечують проходження електричного сигналу від передавача до приймача.

До входу фільтра підключають навантаження, яке в загальному випадку представляють у вигляді еквівалентного опору навантаження Zн.

Подальший розрахунок полягає у визначенні А-параметрів чотириполюсника, паралельно з цими основними розрахунками розраховуються частотні характеристики каскадів тракту.

В таблиці 1 наведені дані для розрахунку тракту на базі рейкового кола повітряної лінії. На рисунку 1 приведена структурна схема тракту передачі сигналів,де УП1,УП2-узгоджуючі пристрої,Ф-фільтр.

Таблиця 1 - Варіант вихідних даних для розрахунку тракту на базі рейкового кола повітряної лінії

№ варіанта	Вид лінії	Довжина лінії, км	Вид фільтра	Rн,Ом	Fзр1,кГц	Fзр2,кГц	Rg,Ом
74	мд	190	НЧ,Т	610	-------	33	625

Рисунок 1 - Структурна схема тракту передачі сигналів

Розраховуємо на п'ятьох частотах, коли у тракт включено фільтр нижніх частот:

f₁=0.1•f_cp2=0.1•33000=3300 Гц;

f₂=0.5•f_cp2=0.5•33000=16500 Гц;

f₃=0.99•f_cp2=0.99•33000=326700 Гц;

f₄=1.1•f_cp2=1.1•33000=36300 Гц;

f₅=2•f_cp2=2•33000=66000 Гц;

2. Розрахунок частотних характеристик лінії зв'язку

2.1 Визначення величин первинних параметрів лінії

В таблиці 2 наведені значення величин первинних параметрів типової повітряної лінії.

Таблиця 2 - Величини параметрів типових повітряних ліній

Вид лінії та параметри	Частота,кГц
	2	5	10	20	40
Активний опір, R,Ом/км	3,02	3,72	4,98	6,74	9,1
Індуктивність L, мГн/км	1,936	1,934	1,92	1,881	1,868
Провідність ізоляції,G, мкСм/км	1,0	1,75	3,0	5,5	11,5
Ємність,С,мкФ/км	6

Опираючись на таблицю 2,будуємо графіки частотних залежності первинних параметрів лінії:

Таблиця 3 - Індуктивність L.

L0(f1), Гн/км	L0(f2), Гн/км	L0(f3), Гн/км	L0(f4), Гн/км	L0(f5), Гн/км
1.936•10-3	1.897•10-3	1.874•10-3	1.87•10-3	1.833•10-3



Рисунок 3

Таблиця 4 - Провідність ізоляції

G0(f1),См/км	G0(f2),См/км	G0(f3),См/км	G0(f4),См/км	G0(f5),См/км
1.4•10-6	4.7•10-6	8.8•10-6	10.3•10-6	17.8•10-6

Рисунок 4

C₀(f₁,…,f₅)=6•10^-9 Ф/км;

2.2 Розрахунок хвильового опору і коефіцієнта поширення лінії

Для кожної з вибраних f частот, обчислюємо величину хвильового опору лінії (f) за формулою:

_ві(f_i)_,

де, R_oi, L_oi, G_oi, C_oi - величини первинних параметрів лінії на частоті f_i

_в1(f₁) Ом;

На інших частотах розраховуємо аналогічно і результати запишемо у таблицю 5.

Таблиця 5. Хвильовий опір

в1(f1)	в2(f2)	в3(f3)	в4(f4)	в5(f5)

За обчисленими будуємо графіки залежності та , які представлені на рисунку 5 та рисунку 5

Рисунок 5 - залежність фази



Рисунок 6. Залежність хвильового опору від частоти від частоти

Обчислюємо коефіцієнт поширення лінії на кожній з вибраних частот за формулою:

,

де, - величина коефіцієнта поширення лінії на частоті f_і

Обчислені комплексні величини представляємо у алгебраїчній формі,як

,

- кілометричний коефіцієнт фази лінії, рад/км;

(f₁)=3.432•+j•0.071;

Результати обчислень на інших частотах приведені в таблиці 2.5

Таблиця 6- Коефіцієнт поширення лінії

(f1)	(f2)	(f3)	(f4)	(f5)
3.432•+j•0.071	6.656•+j•0.35	9.795•+j•0.688	0.011+j•0.764	0.016+j•1.375

За обчисленими даними будуємо графіки залежностей б(f) та в(f),які приведе ні на рисунку 8 та рисунку 8:

Рисунок 7

Рисунок 28

Обчислені величини ,,, вносимо до таблиці 2.6

Таблиця 7

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
|ZВ|, Ом	569.066	562.41	558.924	558.32	552.79
цВ, рад	-2.134	-0.657	-0.406	-0.362	-0.255
б, Нп/км	3.432•	6.656•	9.795•	0.011	0.016
в, рад/км	0.071	0.35	0.688	0.764	1.375

2.3 Розрахунок А- параметрів лінії

Лінію, що має певну довжину l,можна розглядати, як чотириполюсник, А-параметри якого залежать від хвильового опору і коефіцієнта поширення лінії наступним чином:

Для обчислення гіперболічного синуса та косинуса комплексного аргумента =бl+jвl,раціонально використовувати такі формули:

;

,

Обчислені комплексні величини А- параметрів представляємо в експоненціальній формі та вносимо до таблиці 2.7

Таблиця 8- А-параметри лінії

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
	0.923•еj•(37.172)	1.845•еj•(-153.643)	3.156•еj•(-69.399)	4.06•еj•(36.216)	10.466•еj•(-151.587)
, Ом	239.894•еj•(-1.901)	792.414•еj•(179.412)	591.29•еj•(-0.706)	1774еj•(-0.282)	5065•еj•(179.802)
, См	0.001864•еj•(68.717)	0.003032•еj•(-145.049)	0.005861•еj•(-70.753)	0.007211•еj•(38.264)	0.019•еj•(-151.113)

3. Розрахунок фільтра нижніх частот типу - Т (ФНЧ-Т)

3.1 Розрахунок елементів фільтра

Обчислюємо величини ємностей та індуктивностей відповідно ідеальних конденсаторів та котушок, з якого складено ФНЧ-Т схеми.

Для цього використовуємо метод розрахунку за характеристичними параметрами фільтра, який полягає у розрахунку параметрів елементів фільтра тільки через задані опір навантаження та частоти зрізу.

Т- подібна схема ФНЧ зображена на рисунку 9.

Рисунок 9 - Т- подібна схема ФНЧ

Проводимо розрахунок елементів фільтра L1,C1 відповідно з формулами (3.1) та (3.2)

(3.1) щ_зр2= f_cp2; щ_зр2 = 2.073;

С1=

Гн;

С1= 1.581 Ф.

3.2 Розрахунок власних параметрів та А-параметрів фільтра

Після обчислення параметрів елементів фільтра стає можливим розрахувати частотні залежності його власних параметрів - власного згасання а_сф, власного коефіцієнта фази b_сф і характеристичних опорів ?_х.

Для цього спочатку розраховуємо нормовану частоту:

Щ1= ; Щ1=0.1; щ1= f₁; щ1=2.073;

Щ2= ; Щ2=0.5; щ2= f₂; щ2=1.037;

Щ3= ; Щ3=0.99; щ3= f₃; щ3=2.053;

Щ4= ; Щ4=1.1; щ4= f₄; щ4=2.281;

Щ5= ; Щ5=2; щ5= f₅; щ5=4.147;

Власне згасання а_сф фільтра, власний коефіцієнт фази b_сф і характеристичний опір ?_х обчислюємо за формулами (3.3),(3.4),(3.5):

a_сфі = arch, щ > щ_зр2 (3.3)

0, 0 ? щ ? щ_зр2

a_сф1 = 0 Нп;

Результати обчислення на інших частотах приведені у таблиці 3.1.

b_сфі = arccos, 0 ? щ ? щ_зр2 (3.4)

, щ ? щ_зр2

b_сф1= arccos ; b_сф1=0.2 рад;

Результати обчислення на інших частотах приведені у таблиці 3.1

Перш ніж обчислити значення опору ?_х розраховуємо номінальний характеристичний опір фільтра с:

с =; с =;

?_{х і} = с; ?_{х 1} = ; ?_{х 1} = 606.942 Ом.

Результати обчислення на інших частотах приведені у таблиці 9

Таблиця 9 - Частотні залежності власних параметрів фільтра

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
асф, Нп	0	0	0	0.887	2.634
bсф,рад	0.2	1.047	2.859
?х, Ом	606.942	528.275	86.051	279.537	1057

За обчисленими даними,які наведені в таблиці 3.1 будуємо графіки розрахунку тракта передачі сигналів залежностей а_сф(f) та b_сф(f), які зображені на рисунку 10 та 11.

Рисунок 10. - графік залежності



Рисунок 11. - графік залежності

Розглянемо узагальнену схему симетричного Т- подібного чотириполюсника і розрахуємо значення опорів схеми за формулами (3.5), (3.6). Схема чотириполюсника приведена на рисунку 12.

Рисунок 12 - схема симетричного Т- подібного чотириполюсника

?_бi=; (3.5)

?_аi=; (3.6)

?_б1===61

?_а1=== -3050

На інших частотах розраховуємо аналогічно і результати заносимо до таблиці 10

Таблиця 10 - Опори для розрахунку А-параметрів ?_а та ?_б.

?бi, Ом	61j	305j	603.9j	671j	1220j
?аi, Ом	-3050j	-610j	-308.08j	-277	-152j

Обчислюємо А - параметри фільтра за допомогою формули (3.7) і отримані результати заносимо у таблицю 3.3

(3.7)

0.98;

=120.78j;

= 3.279j;

Розрахунок вхідного опору фільтра розраховуємо за формулою (3.8) і в таблицю 3.4 заносимо отримані значення,а також на рисунках 13.

?вх(fі)= (3.8)

?вх(f1)==643.457 Ом.

Таблиця 11

?вх(f1),Ом	?вх(f2),Ом	?вх(f3),Ом	?вх(f4),Ом	?вх(f5),Ом
643.487	559.958	250.712	327.623	1049

Рисунок 13 - графік залежності ?_х (f)та ?вх (f)

4. Розрахунок узгоджуючих трансформаторів

4.1 Розрахунок вхідного узгоджуючого трансформатора

З метою узгодження величини внутрішнього опору генератора та хвильового опору лінії у тракт включають вхідний узгоджуючий трансформатор.

Рисунок 14 - Схема вхідного узгоджуючого трансформатора

Данні для розрахунку:

f_Н=f_ЗР1= 35000 Гц;

f_В= f_ЗР2=37000 Гц;

f₀=(f_Н+ f_В)х0,5=36000 Гц;

R_Б==177,9134 Ом;

?а=0,001 Нп;

а₀=0,001 Нп;

Розрахунок трансформтора:

а) обчислимо коефіцієнт трансформації:

n= = 0,519;

б) знаходимо активні опори обмоток :

R₁=R_А(-1)=0,66 Ом;

R₂= R₁=0,178 Ом;

в) розраховуємо коефіцієнт розсіювання трансформатора:

у= 4=7,575х;

г) знаходимо індуктивності обмоток трансформатора:

L₁==0,034 Гн;

L₂=х L₁=9,041•10^-3 Гн;

д) розраховуємо взаємну індуктивність обмоток:

М= =0,017 Гн;

Робоче згасання вхідного трансформатора можна розрахувати за наступною формулою:

;

=

=0,148 Нп;

Таблиця 12 - Робоче згасання на кожній частоті

f, Гц	3500	35200	35990	36800	74000
, Нп	0,148	4,776	4,773	4,777	9,329

На рисунку 15 зображена залежність робочих згасань від частоти:

Рисунок 15 - Графік залежності а_р від частоти.

За наступними формулами розраховуємо ₁, ₂, ₁₂.

₁=R1+j•2•р•f•L₁;

₂=R1+j•2•р•f•L₂;

₁₂=j•2•р•f•M

Таблиця 13 - результати розрахунків ₁, ₂, ₁₂

f, Гц	3500	35200	35990	36800	74000
1, Ом	0,66+j•737,534	0,66+j•7417	0,66+j•7584	0,66+j•7755	0,66+j•15590
2, Ом	0,178+j•198,814	0,178+ j•1999	0,178+ j•2044	0,178+ j•2090	0,178+ j•4203
12, Ом	j•381,	j•23410	j•46340	j•51490	j•93620

За формулою (4.4) проведемо розрахунок А-параметрів вхідного узгоджуючого трансформатора. В таблицю 4.3 занесемо результати розрахунків.



=1.504-1.336j;

=1.88+7.517j;

= -2.136j;

= 0.95-1.203j;

Аналогічно розраховуємо і на інших частотах.

Таблиця 14

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
	1.054-j•0.0001336	1.054-j•0.00002672	1.054-j•0.00001349	1.054-j•0.00001214	1.054-j•0.000006679
, Ом	1.88+j•7.517	1.88+j•37.584	1.88+j•74.417	1.88+j•82.686	1.88+j•150.337
, См	-j•0.0002136	-j•0.00004272	-j•0.00002158	-j•0.00001942	-j•0.00001068
	0.95 -j•0.0001203	0.95-j•0.00002407	0.95-j•0.00001215	0.95-j•0.00001094	0.95-j•0.00006017

4.2 Розрахунок вихідного узгоджуючого трансформатора

На рисунку 16 зображена схема вихідного узгоджую чого трансформатора.



Рисунок 16 - Схема включення вихідного узгоджуючого трансформатора

Маємо:

R_а=|_В(f₀)|=563 Ом;

R_б=|_ВХФ(f₀)|=580 Ом.

Знаходимо коефіцієнт трансформації :

n=; n= 1.015;

Знаходимо активні опори обмоток :

R1=Ra(-1); R1=0.563 Ом;

R2= R1; R2=0.58 Ом;

Розраховуємо коефіцієнт розсіювання трансформатора:

= 4; =1.603;

Знаходимо індуктивності обмоток трансформатора:

L1=; L1=0.214 Гн;

L2=х L1; L2=0.245 Гн;

Розраховуємо взаємну індуктивність обмоток:

М= ; М=0.229 Гн;

Робоче згасання вхідного трансформатора знайдемо за формулою (3.9) і зобразимо його графіком залежності від частоти на рисунку 4.3.

;

=5.016Нп;

На інших частотах розраховуємо аналогічно, дані розрахунку занесемо в таблицю 15

Таблиця 15

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
, Нп	5.016	5.016	5.016	5.016	0.017



Рисунок 17 - Графік залежності а_р від частоти.

За формулами (4.1), (4.2), (4.3) проведемо розрахунок опорів ₁, ₂, ₁₂. Занесемо результати розрахунків в таблицю 16.

₁=R1+j•2•р•f•L1 (4.1)

₂=R1+j•2•р•f•L2 (4.2)

₁₂=j•2•р•f•M (4.3)

Таблиця 16

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
1, Ом	0.563+ j•4446	0.563+ j•22230	0.563+ j•44020	0.563+ j•48910	0.563+ j•88930
2, Ом	0.58+ j•5085	0.58+ j•25430	0.58+ j•50340	0.58+ j•55940	0.58+ j•101700
12, Ом	j•4751	j•23760	j•47040	j•52260	j•95030

Таблиця 17

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
	0.936-j•0.0001186	0.936-j•0.00002371	0.936-j•0.00001198	0.936-j•0.00001078	0.936-j•0.000005928
, Ом	1.146+j•7.629	1.146+j•38.148	1.146+j•75.532	1.146+j•83.925	1.146+j•152.595
, См	-j•0.0002105	-j•0.00004209	-j•0.00002126	-j•0.00001913	-j•0.00001052
	1.07-j•0.0001221	1.07-j•0.00002443	1.07-j•0.00001234	1.07-j•0.0000111	1.07-j•0.0006107

5. Розрахунок частотної залежності робочого згасання тракту передачі

5.1 Визначення величин параметрів узагальненого чотириполюсника і робочого згасання тракту

Для розрахунку відповідних величин необхідно спочатку провести розрахунок матриці А- параметрів узагальненого ЧП за формулою (5.1) і розраховані дані занести в таблицю 18.

(А)_учп=(А)_уп1•(А)_лз•(А)_уп2= А_yчп В_yчп (5.1)

Таблиця 18

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
	1.029•е-j•86.768	1.302•е-j•93.17	1.794•еj•103.703	1.994•еj•59.061	5.634•еj•157.226
, Ом	18.945•е-j•36.851	20.251•е-j•57.433	172.960•е-j•178.835	205.370•еj•26.631	1927.737•е-j•161.759
, См	0.00002075•е-j•97.576	0.0002198•е-j•94.339	0.00002524•еj•93.112	0.00002457•еj•67.276	0.005642•еj•146.48
	0.363•е-j•86.365	0.457•е-j•90.938	0.638•еj•107.241	0.690•еj•62.655	2.011•еj•162.133

_х1чп та _х2чп знаходимо відповідно за формулами (5.2) та (5.3). Результат и розрахунків _х1чп та _х2чп зведемо в таблицю 5.2.

_х1чп (5.2)

_х2чп (5.3)

За формулою (5.4) проведемо розрахунок власної сталої передачі узагальненого чотириполюсника g_счп. Результати зведемо до таблиці 19.

g_счп (5.4)

Таблиця 19

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
х1чп, Ом	413.944•еj•30.161	551.181•еj•17.337	462.172•еj•42.257	526.505•е-j•22.12	516.066•еj•23.467
х2чп, Ом	426.546•еj•30.564	567.93•еj•19.569	476.113•еj•45.706	539.265•е-j•18.525	531.579•еj•28.374
асчп	0.414	1.198	1.699	2.001	2.976

Таблиця 20

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
gсчп	0.414+j•0.569	1.138+j•0.434	1.699-j•0.852	2.001+j•0.56	2.976+j•0.66

Вхідний і вихідний коефіцієнти відбиття р₁ та р₂ розраховуємо за формулами (5.5) та (5.6) відповідно. Розрахунки зведемо в таблицю 21.

(5.5)

(5.6)

Таблиця 21

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
р1	0.215+j•0.238	0.003+j•0.102	0.17-j•0.364	0.086+j•0.086	0.096-j•0.036
р2	0.064-j•0.303	-0.00821-j•0.402	-0.314 -j•0.11	-0.467+j•0.158	0.555-j•0.755

Робоче згасання тракту передачі сигналів розраховуємо за формулою (5.7). На рисунку 5.1 зображено графік залежності а_р від частоти. Розрахунки зведемо до таблиці 22.

Таблиця 22

f, Гц	3300	16500	32670	36300	66000
ар, Нп	0.343	1.119	1.695	2.595	5.406

Рисунок 18 - Графік залежності а_р від частоти.

5.2 Визначення потужності генератора

Максимальне згасання в полосі робочих частот тракту передачі:

а_рмах=а_р(f_ср)=1.695 Нп;

За формулою (5.8) розраховуємо потужність генератора.

S_min=0.001

S_г=0.059 BA.

S_г=2•S_min•e^2•Apmax (5.8)

Висновки

В ході розрахунку даної курсової роботи, я отримав значення потужності генератора, яке дорівнює S_г=0.059 BA, що дає нам підстави не включати в тракт передачі підсилюючі пристрої,так як потужність генератора менша потрібної потужності (Sг> 100 ВА).

сигнал генератор трансформатор

Список літератури

1. Давиденко М.Г., Методичні вказівки до виконання курсової роботи з теми «Розрахунок тракту передачі сигналів» з дисципліни «Теорія електричних і магнітних кіл»

[текст] / Давиденко М.Г., Кошовий С.В., Блиндюк В.С. - Харків: УкрДАЗТ, 2012. - 18 с.

2. Електротехніка та електромеханіка систем залізничної автоматики: Підручник/ Бабаєв М.М., Давиденко М.Г., Загарій Г.І. -Харків: УкрДАЗТ, 2010.- 607с.

Размещено на Allbest.ru