Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Радиотехнический факультет
Кафедра основы радиотехники
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
“АНАЛИЗ ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ В ЧАСТОТНОЙ И ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТЯХ”
“ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ”
Руководитель :
Иванов И.А.
Выполнил :
ст. гр.101
Блинов Б.Б.
ХАРЬКОВ 2008
РЕФЕРАТ
Курсовая работа: 19 c., содержит: 9 рис., 4 табл., 4 источника.
Объект исследования - пассивная линейная цепь первого порядка.
Цель работы – определить частотные характеристики, а также отклик пассивной линейной цепи, к входу которой приложен входной сигнал.
Метод исследования – определение отклика производится классическим и операторным методами.
Расчет отклика в пассивной цепи находится двумя способами. Для расчета отклика классическим методом составляется дифференциальное уравнение, определяются его корни и переходная характеристика цепи. Операторный метод расчета состоит в определении ОПФ цепи и нахождении изображения отклика как произведения ОПФ на изображение входного воздействия.
ОПФ, КПФ, АЧХ, ФЧХ, ОТКЛИК, ВОЗДЕЙСТВИЕ, ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ИМПУЛЬСНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КЛАССИЧЕСКИЙ МЕТОД, ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД.
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
Введение
Задание к курсовому проекту
1 Расчет временных характеристик цепи классическим методом
2 Расчет отклика цепи интегралом Дюамеля
3 Расчет частотных характеристик схемы операторным методом
4 Связь между частотными и временными характеристиками
5 Расчет временных характеристик цепи операторным методом
6 Расчет отклика цепи операторным методом
Выводы по работе
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ОПФ – операторная передаточная функция;
КПФ – комплексная передаточная функция;
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика;
ФЧХ – фазово-частотная характеристика.
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Основы радиоэлектроники» принадлежит к фундаментальным дисциплинам в образовании специалистов, которые проектируют электронную аппаратуру.
Курсовая работа по этой дисциплине - один из этапов самостоятельной работы, который позволяет определить и исследовать частотные и временные характеристики избирательных цепей, установить связь с предельными значениями этих характеристик, а также закрепить знания по классическому и операторному методам расчета отклика цепи.
ЗАДАНИЕ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Исследуемая схема изображена на рисунке 1, начальные условия наведены таблице 1.
Таблица 1-Параметры обобщенной схемы.
R1,Ом R2,Ом C,нФ
U1, В
Воздействие Отклик 15 15 600 27
U1
i4(t)
Рисунок 1- Анализируемая схема
1 Расчет временных характеристик цепи классическим методом
Составляем систему уравнений для схемы по первому и второму законам Кирхгофа:
Подставив первое уравнение во второе, получим:
Ток, протекающий через ёмкость, определяется по закону:
После подстановки получаем дифференциальное уравнение для данной цепи:
(1.1)
В соответствии с классическим методом заменяем производные степенями комплексной переменной p и получаем характеристическое уравнение:
(1.2)
Из последнего уравнения находим p:
(1.3)
Постоянная времени цепи:
(1.4)
Подставив числовые значения в (1.3) и (1.4), получаем:
Переходную характеристику определяем как отклик цепи при условии, что входное воздействие =1В по формуле:
(1.5)
Принуждённую составляющую находим в установившемся режиме, при ,когда сопротивление ёмкости C равно бесконечности и она представляет собой разрыв цепи.
Рисунок 1.1- Состояние схемы для
Коэффициент A найдём из уравнения (1.5) для момента времени t(+0), воспользовавшись нулевыми начальными условиями .
Рисунок 1.2- Состояние схемы для
Резистор R4 шунтируется ёмкостью С и ток i4(+0)=0.
Из последнего уравнения находим A:
Подставим это выражение в (1.5) и получим формулу переходной характеристики:
(1.6)
Подставляем числовые значения:
Импульсную характеристику h(t) рассчитываем по формуле:
(1.7)
(1.8)
Окончательная формула h(t):
Таблица 1.1-Мгновенные значения h(t) и g(t).
t, мкс
0
1
2
5
10
15
20
25
g(t) *10-3 См
0
6.042
10.989
21.070
28.822
31.673
32.722
33.108
h(t), См
6666.67
5458.21
4468.8
2452.53
902.235
331.914
122.104
44.919
Графики переходной и импульсной характеристик изображены на рисунках 1.3 и 1.4 соответственно.
Рисунок 1.3- График переходной характеристики
Рисунок 1.4- График импульсной характеристики
2 Расчет отклика цепи интегралом Дюамеля
График входного воздействия U(t) показан на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1- График входного воздействия
Восстанавливаем функцию U(t) по графику при помощи формулы для прямой, проходящей через 2 точки:
(2.1)
Подставляем значения из графика, выражаем U(t) из уравнения и получаем:
(2.2)
Для расчета отклика цепи y(t) воспользуемся интегралом Дюамеля:
(2.3)
где U1(x) – входное воздействие, U1(x)=U(t), если x=t.
Подставляем выражения для U1(x) и для h(t) в (2.3):
Окончательное выражение для отклика цепи на воздействие U(t):
(2.4)
Таблица 2.1 - Мгновенные значения отклика цепи
t, мкс 0 1 2 5 10 15 20 25
i4(t), мА
0 7.91 18.02 57.85 142.3 236.6 334.5 433.7
График y(t) приведен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2- График отклика цепи
3 Расчет частотных характеристик схемы операторным методом
Найдём ОПФ цепи как отношение изображения отклика I4(p) к изображению воздействия U1(p):
(3.1)
Применяя формулу разброса токов, находим отклик в операторном виде:
Тогда операторная характеристика:
(3.2)
Заменяя в (3.2) комплексную переменную p на jw, получаем КПФ цепи:
(3.3)
(3.4)
Для определения АЧХ находим модуль КПФ:
(3.5)
(3.6)
Для определения ФЧХ находим аргумент КПФ:
(3.7)
(3.8)
Таблица 1.1-Мгновенные значения H(f) и .
f, кГц
0
5
10
25
50
100
150
200
H(f)
0.033
0.033
0.032
0.027
0.019
0.011
0.007
0.005
, град
0
-15.78
-29.47
-54.71
-70.51
-79.96
-83.27
-84.94
Графики АЧХ и ФЧХ приведены на рисунках 3.1 и 3.2 соответственно.
Рисунок 3.1- График АЧХ
Рисунок 3.2- График ФЧХ
4 Связь между частотными и временными характеристиками
Установим связь между частотными и временными характеристиками цепи, для чего найдём их граничные значения при .
Из полученных значений делаем вывод, что
5 Расчет временных характеристик цепи операторным методом
Для расчета h(t) воспользуемся тем, что ОПФ соответствует изображению импульсной характеристики. ............