KP_4cem_2013


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
1



Курсовая работа № 2

по Теории электрических цепей (
четвёртый

семестр)


Тема:

Расчёт и исследование фильтров








Разработал проф. Урядников Ю.Ф.


На рис.
4

приведена
структурная

схема фрагмента проводной сети связи
,
где
линия связи (ЛС) представлена простой
RC



моделью, причем,

R
л



продольное сопротивление линии,
C
л



емкость линии. В линии связи
возникают аддитивные гармонические помехи. Корректор предназначен для
коррекции частотных характеристик ЛС.
Комплексная передаточная функция
линии связи и корректора должна удовлетворять условию неискаженной
передачи сиг
нала в диапазоне основных частот сигнала.

Сплиттер
предназначен для разделения аналогового низкочастотного сигнала и
высокочастотного цифрового сигнала сети передачи данных.
Необходимо
провести
синтез и
исследование

элементов модема рис
.
4.


1.

С выхода
источника сигнала (ИС) п
о проводной линии связи
одновременно передается аналоговый сигнал и цифровые данные. Линия
связи имеет длину ℓ(100∙

n
)
м, где
n



номер Вашего варианта. Номер
варианта соответствует номеру фамилии студента в журнале. Линия связи
х
арактеризуется километрическими (погонными) параметрами

R
0
200 Ом
⁄км,

C
0
50 нФ
⁄км.

2.


Аналоговый сигнал на входе определяется в вольтах следующей
формулой

u
1
(
t
)
=
n
/
9
·
cos
(
1,2
ω
1
t
)
+
n
/7
·
cos
(
1,
3
ω
1
t
)

n
/4·
cos
(
ω
1
t
), где

ω
1
=2
π

f
1
,


f
1
=
15+
7

l
g
(
n
+
1)

кГц
.






2


3.


Цифровой сигнал u
2
(
t
) является
периодическим

сигналом и имеет
структуру, приведенную в табл. 1, где символ “0” соответствует уровню

5В,
а“1” соответствует уровню напряжения 5В, причем номер
m

структуры
Вашего сигнала в таблице определите по формуле
m
=
n

25]
n
/25[, где символ
]·[ означает целую часть числа, а
n

-

номер Вашег
о варианта по списку в
журнале.

Длительность элементарного символа сигнала

τ
с

=
2,5/
n

мс. Период сигнала определяется величиной
T
с
=
17(log
2
(
n
+1)
)
τ
с
.
























Табл.

1

m


1


2


3


4


5

Сигн.

10110010..

10011001..

10010110..

10100101..

11001100..


m


6


7


8


9


10

Сигн.

11101000..

01100101..

01011010..

00011101..

01001101..


m


11


12


13


14


15

Сигн.

10010011..

00100111..

01110100..

00110011..

10001101..


m


16


17


18


19


20

Сигн.

01010011..

11011000..

00111010..

10111000..

00010111..


m


21


22


23


24


0

Сигн.

11001010..

11001001..

11010001..

10001011..

00110110..


В ли
нии связи одновременно с сигнала
м
и действуе
т аддитивная
гармоническая помеха

в вольтах
:

,

где частота помехи


определяется
формулой





кГц
.


4.

Выделение
цифрового сигнала из помех в модеме

осуществляется с
помощью
первого цифрового
фильтра. Для выделения сигнала из помех
используется
КИХ
-
фильтр.

5.

Выделение
аналогового сигнала из помех в модеме

осуществляется с
помощью
второго цифрового
фильтра. Для выделения
этого
сигнала из
помех используется
полосовой БИХ
-
фильтр.

6.

Постройте временную диаграмму
суммы сигналов

и помех
и

на входе

АЦП п
ри

условии

неискаженной передачи сигнала
.


7.

Постройте спектр амплитуд
суммарного

сигнала и помех
и

на входе
АЦП

при

условии

неискаженной передачи сигнала
.

Сделайте обоснован
ные выводы об искажениях сигналов

на входе.

8.

Для

синтеза
цифровых

фильтр
ов

обоснованно выберите частоту
дискретизации АЦП.

3


9.

Синтезируйте
передаточную функцию нагруженного

реактив
ного

ФНЧ


прототип
а КИХ
-

фильтра
.

Сопротивление нагрузки равно сопротивлению
линии и определяется формулой

Ом. Тип синтезируемого

Вами фильтра определяется номером Вашего варианта
n
.

Если номер
n

чётный, то рассчитывайте ФНЧ Баттерворта, если нечётный, то
рассчитывайте ФНЧ Чебышёва. Синтез фильтра проводите в соответствии с
исходными данными из табл.2. Номер Вашей строки табл. 2 определите по
формуле:
k=
n

7·]
n
/7[,
где обратные скобки обозначают ц
елую часть числа.
Обоснованно выберите полосы пропускания
f
п

и задерживания
f
з

Вашего
фильтра, и
спользуя параметры передаваемых сигналов

и помех
и
.
Недостающие в табл.

2 параметры фильтра рассчитайте по формулам связи с
приведенными и выбранными параметрами
.

Табл
.

2

k

Исходные параметры для синтеза фильтров

0



А
р мин



N =

4

1

А
р макс





N = 4

2



А
р мин



N = 4

3





ε

N = 4

4





ε

N =

4

5



А
р мин



N = 4

6





А
р макс

N = 4


В табл. 2 исходные для синтеза параметры определяются по формулам:


А
р макс
=

a
=
(1,1 +0,03
n
) дБ,


А
р мин
=
a
min
=[9+11

l
g
(0,1
n
1)] дБ,


ε
1,3∙
lg
(3
+
0,1
n
).


10
.

Синтезируйте быстродействующий цифровой нерекурсивный ФНЧ (КИХ
-

фильтр), у которого рабочее ослабление будет не хуже, чем у
си
нтезированного Вами аналогового

реактивного

ФНЧ


прототип
а
, а полосы
пропускания

f
п

и задерживания
f
з

будут соответствовать

ФНЧ


прототип
у
.
Определите импульсную характеристику
и
передаточную функцию
Вашего
КИХ


фильтра.

Постройте АЧХ и
о
бозначьте характерные точки на этих
графиках.

Сделайте
обоснованные выводы об особенностях полученных характеристик.

Сделайте выводы о частотной избирательности фильтра.

Сделайте выводы об устойчивости фильтра и характере переходных
процессов на выходе.


11
.

Постройте структурную схему синтезированного КИХ

фильтра.

Найдите выражение сигнала на выходе КИХ

фильтра. Постройте сигнал на

выходе цифрового фильтра. Сравните полученный сигнал с фрагментом
Вашего сигнала на входе фильтра.

4


Сделайте обоснованные выводы об особенностях структуры полученного
фильтра

и особенностях полученного сигнала.

12
.

Рассчитайте амплитуду помехи на выходе КИХ


фильтра.

Сделайте
выводы об
ослаблении помехи.


13
.

Синтезируйте передаточную функцию ФНЧ
-

прототипа
рекурсивного
ПФ (Б
ИХ
-

фильтра). Тип синтезируемого Вами ФНЧ
-

прототипа
определяется номером Вашего варианта
n
.

Если номер
n

нечётный, то
рассчитывайте ФНЧ Баттерворта, если чётный, то рассчитывайте ФНЧ
Чебышёва. Синтез фильтра проводите в соответствии с исходными данным
и
из табл.3. Номер Вашей строки табл. 3 определите по формуле:

k
=
n

5·]
n
/5[,
где обратные скобки обозначают целую часть числа.
Обоснованно выберите полосы пропускания
f
п

и задерживания
f
з

Ваших
фильтров, используя параметры передаваемого сигнала и подавленной
помехи. Недостающие в табл.

3 параметры фильтра рассчитайте по
формулам связи с приведенными и выбранными параметрами.

Табл
.

3

k

Исходные параметры для синтеза ФНЧ

0

А
р макс





N =

3

1





ε

N =
3

2



А
р макс



N =
3

3



А
р мин



N =
3

4



А
р мин



N =

3

В табл. 3 исходные для синтеза параметры определяются по формулам:


А
р макс
a
=
(1,7+0,03
n
) дБ,


А
р мин
=a
min
[97∙
l
g
(0,1
n
1)] дБ,


ε
2,7∙
lg
(3+0,1
n
).


14.

Определите передаточную функцию
Вашего БИХ


фильтра.

Постройте АЧХ и
о
боз
начьте характерные точки на этом графике
.


Сделайте обоснованные в
ыводы об особенностях полученной

характеристик
и
.

Сделайте выводы о частотной избирательности фильтра.

Сделайте выво
ды об устойчивости фильтра и характере переходных
процессов на выходе.

15
.
Постройте стру
ктурную схему синтезированного Б
ИХ


фильтра.

Сделайте обоснованные выводы об особенностях
структуры полученного
фильтра
.

16
.

Рассчитайте амплитуду помехи на выходе БИХ


фильтра.

Сделайте
выводы об
ослаблении помехи.


17
.

Сравните эффективность фильтрации сигнала различными типами
фильтров.




5




Дополнительные пункты задания:


1.

Постройте АЧХ линии связи. Рассчитайте параметры корректора АЧХ так,
чтобы искажения сигнала на входе АЦП были минимальны. Постройте АЧХ
корректора. Рассчитайте и постройте принципиальную схему активного
корректора.
Сделайте обоснованные выводы об искаже
ниях сигнала на
выходе корректора.

Указание
: Общая комплексная передаточная функция линии связи и
корректора должна удовлетворять условию неискаженной передачи сигнала
в диапазоне основных частот сигналов, т.е. на частоте

АЧХ должна
отличаться от значения на нулевой частоте не более чем на 0,1%.


2.

Рассчитайте величину отношения мощности сигнала к мощности помех
на входе
и на выходе

Ваших фильтров
. Найдите
коэффициент

эффективности фильтрации сигналов

по формуле
.
Сделайте выводы об эффективности фильтрации сигнала
.





Методические указания


Самостоятельная работа студента над заданием по
курсово
й работе



это
основной вид его
индивидуальной и
коллективной деятельности

по изучению
ТЭЦ, осуществляемой

под руководством, но без непосредственного участия
преподавателя
.

Курсовая работа

выполняется
студентом
в

течение семестра обучения
.
Выдача темы на курсовое

проектирование производится преподавател
ем на
1
-
й неделе обучения

в семестре
. Сдача курсово
й работы
проводится
преподавателю в форме устной

или письменной
защиты в
конце семестра

(14
-
я

16
-
я недели). Объем самостоятельной работы по

каждой
курсово
й
работе
составляет

3
0 часов.

Выполнение
курсово
й работы
может быть
условно
разбито на
три
этапа.

Первый этап


анализ исходных данных,
расчет
номиналов пассивных

и
активных элементов электрической схемы устройства.


Второй этап


моделирование
, расчет, анализ

и исследование схемы в
различных режимах р
аботы
.

Третий этап


оформление пояснительной
записки, сдача и защита
курсово
й работы
.




Расчёт задания необходимо начинать со 2
-
й недели семестра.

Расчёты в поясн
ительной записке КР

должны приводиться достаточно
подробно с кратким пояснением, как получены те или иные результаты.

6


Пояснительная записка выполняется на листах А4, текст и титульный лист
пишется
на одной стороне

с соблюдением ГОСТа. Листы брошюруются и
нумеруются.
Выполненная работа подписывается автором

(на титульном
листе). Защита курсовой работы производится через неделю после сдачи на
проверку.
(Студент, как правило, отвечает устно или письменно на 2
-
3
вопроса по
пояснительной записке

выполненной КР).

Итогов
ая оценка за выполненную и защищенную КР складывается из
содержания работы (отсутствие ошибок и аккуратности ее выполнения) и
ответов студента на защите.
Работа после защиты хранится на кафедре 1 год.

Курсовая работа

не принимается
к
проверке и
защите есл
и:

-

выполненная работа не соответствует варианту;

-

пояснительная записка является
ф
рагментарно


тезисной

(в основном одни
формулы и
числа,
отсутствуют пояснения и интерпретация полученных
результатов
,
отсутствуют выводы, подробные расчеты, исходные форм
улы и
т.п.
)
;

-

при проверке был зафиксирован факт плагиата (
КР

списан
а
);

-

студент, по требованию преподавателя, не может
ответить на элементарные
тестовые вопросы по курсовой работе
;

-

не выполнены пункты задания;

-

неправильно оформлен титульный лист;

-

при оформлении

работы допущены многочисленные

грубые нарушения
стандарта

по оформлению
.

Оценка за курсовую работу

существенно
снижается
если:

-

отсутствует размерность рассчитанных величин,

отсутствуют названия
рисунков, подписи осей для

графиков и т.п.;

-

КР
сдается не вовремя
, с опозданием на неделю и более.

Оценка за
курсовую работу

повышается

если:

-

сделаны и защищены дополнительные пункты задания;

-

КР сдана на проверку ранее 14
-
й недели семестра.

После сдачи пояснительной записки на проверку,
КР

мо
жет быть

направлен
а

на доработку для устранения неточностей и ошибок, срок

доработки


одна неделя, датой сдачи будет счи
таться дата сдачи после
доработки поясни
тельной записки.

Пример выполнения титульного листа КР приветен ниже.

Титульный лист не
меняется студентом после сдачи КР на проверку и
исправления обнаруженных ошибок.




7


МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И
ИНФОРМАТИКИ (МТУСИ)


Кафедра теории электрических цепей








Курсовая работа 2

Расчёт и исследование фильтров

Вариант 10







Выполнил студент группы БИН1101, ОТФ
-
2 ______________
Иванов О.А.



Проверил

проф. кафедры ТЭЦ ______________
Урядников Ю.Ф.




Москва 201
3



Приложенные файлы

  • pdf 17453551
    Размер файла: 314 kB Загрузок: 2

Добавить комментарий