Розрахунок тракту передачі сигналів

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

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•33 000=3300 Гц;

f₂=0.5•f_cp2=0.5•33 000=16500 Гц;

f₃=0.99•f_cp2=0.99•33 000=326700 Гц;

f₄=1.1•f_cp2=1.1•33 000=36300 Гц;

f₅=2•f_cp2=2•33 000=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

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

Таблиця 3 — Індуктивність L.

Рисунок 3

Таблиця 4 — Провідність ізоляції

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

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

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

2.3 Розрахунок Апараметрів 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 Апараметрів представляємо в експоненціальній формі та вносимо до таблиці 2.7

Таблиця 8- А-параметри лінії

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.

Тподібна схема ФНЧ зображена на рисунку 9.

Рисунок 9 — Тподібна 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

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 Тподібного чотириполюсника і розрахуємо значення опорів схеми за формулами (3.5), (3.6). Схема чотириполюсника приведена на рисунку 12.

Рисунок 12 — схема симетричного Тподібного 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.

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

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= 35 000 Гц;

f_В= f_ЗР2=37 000 Гц;

f₀=(f_Н+ f_В)х0,5=36 000 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

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

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

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

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

Таблиця 17

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 Апараметрів 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

_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

Таблиця 20

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

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

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.