Расчёт элементов трактов передачи сигналов в системах автоматики, телемеханики и связи

Вид работы:

Курсовая работа (т)
Предмет:

Информатика, ВТ, телекоммуникации
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

75,47 Кб
Опубликовано:

2015-02-07

Все курсовые работы по информатике

Скачать курсовую работу Читать текст online Заказать курсовую
*Помощь в написании! Посмотреть все курсовые работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Расчёт элементов трактов передачи сигналов в системах автоматики, телемеханики и связи

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: «Электрическая связь»

Пояснительная записка к курсовой работе:

«Расчёт элементов трактов передачи сигналов в системах автоматики, телемеханики и связи»

С-Петербург

РАСЧЁТ ФИЛЬТРА

Исходные данные:

Тип фильтра: ФНЧ K+M

Сопротивления нагрузок, между которыми работает фильтр: 600 Ом

Частота среза фильтра: 2500 Гц.

Отклонение характеристического сопротивления от номинального значения в диапазоне частот: 0-0,8fср.(0-2000 Гц) не более 5,5%.

Минимально допустимое ослабление фильтра в полосе задерживания в диапазоне частот fср.-2fср (2500-5000Гц) составляет: 60 дБ.

Расчёт:

Предварительная структурная схема рассчитываемого фильтра выглядит следующим образом:

Рис. 1

В данном случае для обеспечения качественного согласования фильтра с генератором и нагрузкой на воде и выходе схемы комбинированного фильтра расположены полузвенья фильтра типа m. Коэффициент m выбран равным 0,61 т.к. при этом значении обеспечивается наилучшее вышеупомянутое согласование.

В соответствии со структурной схемой комбинированного фильтра (рис.1) построю принципиальную схему:

Рис. 2

В качестве фильтра (ФНЧ) типа К выбрана П схема.

В качестве полузвеньев фильтра типа m выбраны параллельно-производные полузвенья.

Частота полюса затухания полузвеньев:

Расчёт собственного затухания:

Проведу расчёт собственного затухания данного комбинированного фильтра по следующим формулам:

Для звеньев типа К и звеньев типа m от частоты среза до частоты полюса затухания:

Для звеньев фильтра типа m от частоты полюса затухания:

Где:

Для звеньев фильтра типа К:

Для звеньев фильтра типа m:

Результаты расчёта приведены в табл.1:

Таблица 1

f	2,5Ak	Am	2,5Ak+Am
2500	0	0	0
2600	12,24312	8,426189	20,66931
2700	17,258	12,57175	29,82976
2800	21,06878	16,44498	37,51377
2900	24,2511	20,68508	44,93619
3000	27,02886	26,15753	53,18639
3100	29,51738	36,15624	65,67362
3200	31,78544	38,77091	70,55635
3300	33,87804	29,40817	63,2862
3400	35,82657	25,57867	61,40524
3500	37,65397	23,27369	60,92766
3600	39,37764	21,68211	61,05975
3700	41,01113	20,49896	61,51009
3750	41,79753	20,01152	61,80905
3850	43,31541	19,18741	62,50282
3950	44,76656	18,51538	63,28194
4050	46,15765	17,9556	64,11324
4150	47,4943	17,48141	64,97571
4250	48,7813	17,07424	65,85554
4350	50,0228	16,72063	66,74343
4450	51,22238	16,41062	67,633
4550	52,3832	16,13658	68,51978
4650	53,50802	15,89262	69,40065
4750	54,59932	15,67409	70,27341
4850	55,65929	15,47726	71,13655
5000	57,19475	15,21622	72,41097

Очевидно, что суммарное затухание удовлетворяет условию: a >a min =60 дБ.

Следовательно, данная схема комбинированного фильтра применима в данных условиях, что также подтверждается следующей эмпирической формулой для минимального числа элементов фильтра: N min = amin/6 дБ = 60/6 = 10 элементов как минимум должно присутствовать в схеме. Поэтому схема рис.2 не нуждается в редактировании:

Расчёт передаточной функции:

Проведу расчёт передаточной функции фильтра, результаты расчёта приведены в табл.2:

Таблица 2

f	2,5Ak+Am	F(f)
2500	0	1
2550	14,49174	0,188544
2600	20,66931	0,092584
2650	25,55687	0,052742
2700	29,82976	0,032249
2750	33,7627	0,020505
2800	37,51377	0,013314
2850	41,20069	0,008709
2900	44,93619	0,005665
2950	48,85892	0,003606
3000	53,18639	0,002191
3050	58,35955	0,001208
3100	65,67362	0,00052
3150	88,16672	3,91E-05
3200	70,55635	0,000297
3250	65,54322	0,000528
3300	63,2862	0,000685
3350	62,07481	0,000788
3400	61,40524	0,000851
3450	61,06044	0,000885
3500	60,92766	0,000899
3550	60,94121	0,000897
3600	61,05975	0,000885
3650	61,25575	0,000865
3700	61,51009	0,00084
3750	61,80905	0,000812
3800	62,1425	0,000781
3850	62,50282	0,00075
3900	62,88415	0,000717
3950	63,28194	0,000685
4000	63,6926	0,000654
4050	64,11324	0,000623
4100	64,54157	0,000593
4400	67,18832	0,000437
4450	67,633	0,000415
4500	68,07696	0,000395
4550	68,51978	0,000375
4600	68,96111	0,000356
4650	69,40065	0,000339
4700	69,83815	0,000322
4750	70,27341	0,000306
4800	70,70626	0,000292
4850	71,13655	0,000277
4900	71,56416	0,000264
4950	71,98899	0,000252
5000	72,41097	0,00024

Расчёт собственного фазового сдвига:

Проведу расчёт собственного фазового сдвига комбинированного фильтра, результаты расчёта приведены в табл. 3:

Таблица 3

f	2,5Bk	Bm	2,5Bk+Bm
100	11,46221	2,832111	14,29432
200	22,94283	5,740442	28,68327
300	34,46051	8,731621	43,19213
400	46,03448	11,81307	57,84755
500	57,6848	14,99313	72,67792
600	69,4327	18,28125	87,71395
700	81,30102	21,68819	102,9892
800	93,31462	25,22627	118,5409
900	105,501	28,9097	134,4107
1000	117,8909	32,75504	150,6459
1100	130,5194	36,78171	167,3011
1200	143,427	41,01273	184,4397
1300	156,6613	202,137
1350	163,4182	47,80441	211,2226
1450	177,2527	52,68065	229,9334
1550	191,5807	57,88833	249,469
1650	206,4994	63,4863	269,9857
1750	222,135	69,55115	291,6862
1850	238,6571	76,18565	314,8427
1950	256,3029	83,53321	339,8361
2050	275,424	91,80473	367,2287
2150	296,5829	101,334	397,9169
2250	320,7903	112,7122	433,5025
2350	350,2578	127,2092	477,4669
2450	392,6083	149,1029	541,7112

Расчёт характеристического сопротивления:

Проведу расчёт значений характеристических сопротивлений, результаты расчёта приведены в табл.4.

Расчетные формулы фильтра:

- типа k:

типа m:

Таблица 4

f	Ztk	Zpk	Ztm	Zpm
100	599,5198	600,4806	600,1227	599,8773
300	595,6643	604,3672	601,0993	598,9027
500	587,8775	612,3724	603,0231	596,9921
700	576	625	605,8231	594,2329
900	559,7714	643,1197	609,3584	590,7853
1100	538,7987	668,1531	613,3595	586,9315
1300	512,4998	702,4394	617,3091	583,1763
1500	480	750	620,1903	580,467
1700	439,9273	818,3171	619,9136	580,7261
1900	389,9538	923,1862	611,8603	588,3696
2100	325,5518	1105,815	584,5222	615,8876
2300	235,151	1530,931	501,8745	717,3108
2500	0	∞	0	∞
Мнимые значения
2600	171,3943	-2100,42	534,166	673,9479
2800	302,6285	-1189,58	1425,058	252,6213
3000	397,995	-904,534	4153,396	86,67607
3200	479,3996	-750,939	-16674	-21,5905
3400	553,0425	-650,945	-3427,3	-105,039
3600	621,688	-579,069	-2058,48	-174,886
3800	686,8362	-524,142	-1523,93	-236,231
4000	749,3998	-480,384	-1233,73	-291,797
4200	809,9778	-444,457	-1048,94	-343,203
4400	868,9856	-414,276	-919,578	-391,484
4600	926,7233	-388,465	-823,155	-437,342
4800	983,4145	-366,071	-748,02	-481,271
5100	1066,853	-337,441	-661,381	-544,315

Таким образом, максимальное отклонение характеристического сопротивления от номинального в диапазоне частот не более 7%.

Расчёт элементов:

Проведу расчет элементов фильтра:

Таблица 5

Обозначение	Формула	Значение (мкФ)	Обозначение	Формула	Значение (Гн)
C1	((1-m2)C)/(2m)	0,113	L1	mL/2	0,046
С2	mC/2	0,064	L2	L	0,076
C3	С/2	0,106	L3	L	0,076
C4	С/2	0,106	L4	L/2	0,038
C5	С/2	0,106	L5	mL/2	0,046
C6	С/2	0,106	L6	(1-m^2)*L/(2m)	0,0408
C7	С/2	0,106
С8	mC/2	0,064

Коэффициент использования полосы пропускания:

=R/(R+∆R)=600/(600+33)=0,948=Fc*K1=2500*0.93=2325 Гц

РАСЧЁТ КОРРЕКТОРА ФАЗОЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Фазочастотные корректоры включаются в тракты передачи сигналов для формирования линейной фазочастотной характеристики.

При этом выравнивается и приближается к постоянному групповое время распространения сигналов.

Исходные данные:

Вид корректируемой цепи: ФНЧ

Сопротивления нагрузок: 600 Ом

Полоса частот: 0-2000 Гц.

Допустимое отклонение результирующего фазового сдвига тракта передачи и корректора не более: 11 градусов.

Выбор схемы корректора:

В качестве фазового сдвига фильтрующей цепи ФНЧ используется фазовый сдвиг вышерассмотренного комбинированного фильтра (табл.4).

В связи с тем, что вблизи частоты f=2000 (Гц) значение фазового сдвига фильтра превышает 1800, необходимо использовать в схеме корректора фазовые звенья второго порядка:

Рис. 3

Определение требуемой частотной характеристики фазового сдвига корректора:

Требуемая частотная характеристика фазового сдвига определяется по формуле:

тр =kf+b0-bф(f)

где: kf+b0 уравнение некоторой прямой, подлежащей определению методом подбора, bф(f) частотная зависимость фазового сдвига фильтра.

Подбор прямой kf+b0 осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом:

Строится предварительная прямая на графике bф(f).

Вычисляется разность: kf+b0-bф(f).

На полученной в п.2 характеристике bтр(f) выбираются две частоты f1 и f2 вблизи краёв частотного диапазона.

Для значений bтр1 и bтр2 на частотах f1 и f2 вычисляются параметры:

Где: f0 - частота, при которой фазовый сдвиг корректора равен π.

Где: R=600 (Ом), а1=Tg(bтр1./2), а2=Tg(bтр2./2).

По следующей формуле вычисляется фазовый сдвиг корректора.

Проверяется условие:

В ходе подбора уравнения прямой, удовлетворяющей всем вышеперечисленным условиям с помощью Microsoft Excel было получено следующее уравнение: 0,25f+0.

Результаты расчётов bтр, уравнения прямой, bk, коэффициентов а1 и а2, f0, L1 представлены в табл.6.

Таблица 6

f	2,5Bk+Bm	Btp	Bk	∆
100	14,29432	10,70568	12,62427	1,918597
200	28,68327	21,31673	25,12055	3,803817
300	43,19213	31,80787	36,3709	4,563031
400	57,84755	42,15245	47,23119	5,07874
500	72,67792	52,32208	57,61815	5,296073
600	87,71395	62,28605	67,47764	5,191588
700	102,9892	72,01079	76,78235	4,771565
800	118,5409	81,45911	85,52734	4,068225
900	134,4107	90,58932	93,72458	3,135261
1000	150,6459	99,35407	101,3978	2,043774
1100	167,3011	107,6989	108,5782	0,879273
1200	184,4397	115,5603	115,3004	0,259896
1300	202,137	122,863	121,6005	1,262505	220,4832	129,5168	127,5142	2,00261
1500	239,5892	135,4108	133,0752	2,335586
1600	259,5933	140,4067	138,3153	2,09136
1700	280,6729	144,3271	143,2636	1,063524
1800	303,0618	146,9382	147,9465	1,00829
1900	327,0801	147,9199	152,3879	4,468025
2000	353,187	146,813	156,6093	9,796251

фильтр сопротивление частота корректор

Таким образом, видно, что погрешность соответствует заданному отклонению (110).

Расчёт элементов корректора:

Таблица 7

Обозначение	Формула	Значение (Ф)	Обозначение	Формула	Значение (Гн)
C1	1/(4π2f02L1)	3,83731E-08	L1	см. выше	0,089372
C2	L1/R2	2,48255E-07	L2	C1*R2	0,013814

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи” под редакцией А. И. Жука, Санкт-Петербург 1994г.

. Каллер М.Я. и др.“ Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи”: Учебник для ВУЗов ж. д. транспорта/ М.Я. Каллер, Ю.В. Соболев, А.Г. Богданов. - М.: Транспорт, 1987. -355с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Вид модуля функции передачи