WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» Многоканальная связь на железнодорожном ...»

Министерство путей сообщения Российской Федерации

Департамент кадров и учебных заведений

САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном

транспорте»

Многоканальная связь на железнодорожном транспорте

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ для студентов

специальности 210700 дневного обучения

Часть 2

Составитель Я.Н. Пугачёв Самара 2003 г .

УДК 656.254 Многоканальная связь на железнодорожном транспорте. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 210700 дневного обучения / Составитель Я.Н. Пугачёв. – Самара: СамГАПС, 2003г.-26с .

Утверждены на заседании кафедры 10.10.03, протокол №2 .

Печатается по решению редакционно-издательского совета академии .

Приведены методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов по рассматриваемой дисциплине .

В них содержатся основные сведения о работе каналообразующей аппаратуры систем ИКМ-30. Представлены принципиальные схемы лабораторных стендов .

Составитель: Пугачёв Яков Никанорович Рецензенты: начальник отдела службы НИСа Кбш.ж.д В.А. Коняшин;

доц. кафедры АТС Ю.И. Полевой Редактор: Егорова И.М .

Компьютерная верстка: Ковалева Е.А .

Подписано в печать 20.11.03.Формат 60х90 1/16 .

Бумаг писчая. Печать оперативная. Усл. п.л. 1,6 .

Тираж 150 экз. Заказ № 165 © Самарская государственная академия путей сообщения, 2003 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

АЦО-11 АППАРАТУРЫ ИКМ-30 Целью работы является практическое изучение и исследование работы генераторного оборудования АЦО-11 аппаратуры ИКМ-30 .

КРАТКИЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Плата ЦО-11 входит в состав аппаратуры ИКМ-30 и предназначена для:

- генерации сигнала тактовой частоты;

- формирования цифровых сигналов с определенной сеткой частот, управляющих последовательностью обработки аналоговых и цифровых сигналов электросвязи в передающей части блока АЦО-11;

- формирования первичной группы цифрового сигнала электросвязи со скоростью передачи 2048 кбит/с .

ЦО-11 обеспечивает генерацию цифровых сигналов с тактовой частотой 2048 кГц и 4096 кГц .

Предусмотрены следующие режимы работы задающего генератора:

- режим внутренней синхронизации (автоколебательный режим);

- режим внешней синхронизации от сигнала тактовой частоты, выделенного из принятого многоканального цифрового сигнала в приемной части блока АЦО-11;

- режим внешней синхронизации от сигнала тактовой частоты, полученного от внешнего генератора .

Нестабильность частоты задающего генератора в режиме внутренней синхронизации составляет не более ±3*10-5 в течение месяца .

ЦО-11 формирует следующие цифровые сигналы:

- 128 кГц-1 (2) периодические (пер), 64 кГц-1 (2) пер, 32 кГц-1 (2) пер, 8 кГц-1 (2,3,4) пер, используемые для управления модуляторами на платах ИЛ-11;

- «Запуск АЦ», «Опробование» и «Запрет АЦ», используемые для управления работой кодера АЦ- 11;

- «Метка 0, 8 (6; 16; 22)» пер. и «Счит 0, 8 (6; 16; 22)» пер, используемые для управления работой плат ВС-61 .





Аварийные сигналы, формируемые при аварии платы ЦО-11, а также сигналы в шинах X1, Х2, отражающие состояние платы ЦО-11 .

ЦО-11 формирует многоканальный цифровой сигнал электросвязи, (ИКМ пер.) путем временного объединения следующих сигналов:

- многоканального сигнала, поступающего от плат АЦ-11, ВС-61 по шинам «Р1- Р8 пер.»;

- цифрового синхросигнала, сформированного платой ЦО-11;

- сигнала «Извещение» и (или) сигнала об отсутствии полного комплекта групповых плат (НКП), передаваемых на противоположную станцию и свидетельствующих об аварийном состоянии местного блока АЦО-11 .

Рис. 1.1. Структурная схема АЦО-11

ЦО-11 содержит:

- автогенератор ГЗ со схемой автоподстройки и счетчик-делитель на 4;

- счетчик-делитель на 512;

- два формирователя сигналов;

- формирователь многоканального цифрового сигнала;

- устройство контроля .

Автогенератор ГЗ обеспечивает формирование импульсного сигнала с частотой 8192 кГц, поступающего на вход счетчика-делителя на 4. Импульсная последовательность 4096 кГц, формируемая на выходе счетчика-делителя на 4, поступает на плату АЦ-11, где определяет последовательность преобразования группового АИМ-сигнала. Кроме того, импульсная последовательность 4096 кГц поступает на формирователь сигналов 1, где используется при формировании сигнала «Запуск АЦ» и на формирователь сигнала установки .

Импульсная последовательность 2048 кГц пер. с выхода счетчика-делителя на 4 поступает на вход формирователя сигналов 1, вход счетчика-делителя на 512, вход формирователя многоканального цифрового сигнала и вход формирователя сигнала установки, а также на вход фазового детектора автогенератора ГЗ .

Счетчик-делитель на 512 делит сигнал тактовой частоты 2048 кГц и формирует на своих выходах импульсные последовательности с частотами 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16 и 8 кГц, приведенные на временных диаграммах рис. 1.2 и рис. 1.3 .

–  –  –

Указанные последовательности поступают на входы формирователей сигналов 1 и 2. Импульсная последовательность 4 кГц, а также последовательность 8 кГц с дополнительного выхода счетчика-делителя поступают на входы формирователя многоканального цифрового сигнала и определяют моменты формирования циклового синхросигнала и ввода служебной информации в КИО временного спектра многоканального цифрового сигнала .

Последовательности 4 и 8 кГц поступают также на вход формирователя сигнала установки, используемого при синхронизации передающей части блока АЦО-11 от принятого на приемной части группового сигнала. В случае синфазной работы передающей и приемной частей блока АЦО-11 формирователь сигнала установки производит сравнение фаз сигналов с частотой 4 кГц на выходах счетчиков-делителей на 512 в платах ЦО-11 и ЦО-12 и при нарушении синфазности работы указанных счетчиков устанавливает счетчик-делитель на 512 платы ЦО-12 в положение, обеспечивающее синфазную работу .

Формирователь многоканального цифрового сигнала преобразует параллельнопоследовательный код, существующий на шинах «Р1 - Р8 пер.» в многоканальный цифровой сигнал, при этом обеспечивается формирование синхросигнала с частотой повторения синхрокомбинаций 4 кГц и ввод в многоканальный цифровой сигнал служебного сигнала об аварии местного блока, формируемого на шине «извещение», либо на шине «НКП» - при отсутствии комплекта групповых плат блока АЦО-11 .

На плате ЦО-11 имеется устройство контроля, обеспечивающее контроль наличия части выходных импульсных сигналов платы ЦО-11. При пропадании хотя бы одного из контролируемых сигналов устройство контроля формирует аварийные сигналы, а при поступлении сигнала «Опрос ЦО-11» передает в плату КС-12 по шинам X1, Х2 сигнал об аварийном состоянии платы ЦО-11 .

Электрическая схема автогенератора и счетчика-делителя на 4 приведена на лабораторном стенде. Автогенератор выполнен по двухконтурной двухтранзисторной фильтровой схеме, состоящей из усилителя с общей базой (VT2) и парафазного усилителя (VT3). Кварцевый резонатор Z1 включен в коллекторный контур (L1, С15, R14) первого транзистора. В цепь обратной связи включен последовательный колебательный контур (R12, С16, L2), позволяющий улучшить условия самовозбуждения. Управление частотой осуществляется путем воздействия управляющего напряжения с выхода операционного усилителя DA1 на варикапы VD2, VD3. Установка частоты автогенератора производится изменением напряжения на варикапах при изменении напряжения на входе усилителя (DA1, RIO, R13, R15) с помощью переменного резистора RP1. В режиме внешней синхронизации (от внешнего для блока АЦО-11 генератора или от сигнала тактовой частоты, выделенной в приемной части блока АЦО-11) частота автогенератора подстраивается под частоту внешнего сигнала .

Схема подстройки частоты содержит фазовый детектор (D1.1, D2, VT1, R2, R3, R4) и фильтр нижних частот (R5, С14). Фазовый детектор преобразует фазовое рассогласование импульсов тактовой частоты синхронизируемого и синхронизирующего генераторов в импульсную последовательность переменной скважности, из которой с помощью фильтра нижних частот и усилителя DA1 формируется управляющее напряжение, подстраивающее частоту автогенератора .

Сигнал с частотой 8192 кГц снимается с коллектора транзистора VT3 и поступает через конденсатор С20 на вход логического элемента D1.2, выполняющего роль буферного каскада. Счетчик-делитель на 4 собран на JK-триггерах микросхемы D5 .

Сигналы тактовых частот 4096 кГц и 2048 кГц поступают на выход платы ЦО-11 через инверторы D1.3 и D1.4 (временные диаграммы рис. 1.2, 1.3) .

Счетчик-делитель на 512 представляет собой двоичный девятиразрядный счетчик и особенностей не имеет. Счетчик собран на микросхемах D6, D7 и D-триггере D4.2 .

Временные диаграммы сигналов на выходах счетчика приведены на диаграммах рис. 1.2 и 1.3 (моменты t1 рис. 1.2 и рис. 1.3 совпадают). Для работы формирователя сигнала установки многоканального цифрового сигнала с выхода 13 микросхемы D7 снимается дополнительная импульсная последовательность 8 кГц, приведенная на временной диаграмме D7, рис. 1.2 .

Функциональная схема формирования сигнала установки и временные диаграммы его работы приведены на рис.1.3. Формирователь сигнала установки состоит из триггера и логического элемента 3И-НЕ. При независимой работе ЦО-11 и ЦО-12 на вход Dтриггера с помощью перемычки Х7, Х8 подается сигнал логического нуля, триггер всегда находится в одном состоянии, и на выходе логического элемента 3И-НЕ отсутствует сигнал установки .

При работе в режиме жесткой связи по фазе плат ЦО-11 и ЦО-12 на вход Dтриггера через перемычку Х6, Х7 подается сигнал «Установка ЦО-11», поступающий с платы ЦО-12; частота сигнала 4 кГц, длительность импульса 488 нс (временная диаграмма 6 рис. 1.2). Если ЦО-11 и ЦО-12 работают правильно, и фазовое соотношение между генераторными оборудованиями передачи и приема не нарушено, то формирование сигнала установки также не происходит, потому что сигнал «Установка ЦО-11» в триггер не поступает вследствие того, что на R-вход триггера в момент ty действует суммарный сигнал 256 кГц, 8 кГц, 4 кГц (временные диаграммы рис. 1.2) .

Работа ЦО-11 считается синфазной с работой ЦО-12, если момент ty (повторяющийся с частотой 4 кГц) перекрывается сигналом «Установка ЦО-11», этим устраняются в некоторых пределах случайные изменения фазы сигнала тактовой частоты приема 2048 кГц пр. по отношению к 2048 кГц пер. Автогенератор ЦО- 11 при жесткой связи по фазе работает в режиме внешней синхронизации от сигнала тактовой частоты 2048 кГц пр. Таким образом, если фазовое соотношение между ЦО-11 и ЦО-12 не нарушено, формирования сигнала на выходе логического элемента 3И-НЕ не происходит. Момент ty на временных диаграммах рис. 1.2 соответствует моментам t1 на временных диаграммах рис. 1.2 и рис. 1.3 .

Если по каким-либо причинам фазовое соотношение между ЦО-11 и ЦО-12 нарушено (например, в начальный момент работы после включения питания блока АЦОто в момент ta в триггер будет записан сигнал «Установка ЦО-11» (временные диаграммы рис. 1.3 и 1.2), на выходе логического элемента 3И-НЕ сформируется сигнал «Установка счетчика-делителя», и фазовое соотношение между ЦО-11 и ЦО-12 будет восстановлено (временные диаграммы рис 1.3 и 1.2). Формирователь сигнала установки собран на логических элементах D3.1, D3.2 и триггере D4.1 .

Формирователь сигналов 1 (рис. 1.4) вырабатывает сигналы, предназначенные для управления работой кодера АЦ-11 (сигналы «256 кГц пер.» и «Опробование АЦП»

приведены на временных диаграммах рис. 1.3), а также сигналы, управляющие работой плат ИП-11. Входы формирователя подключены к выходам счетчиков-делителей на 4 и 512; выходные сигналы приведены на временных диаграммах рис. 1.3. Формирователь выполнен на микросхемах D1.5, D1.6, D8.1, D9.1, D10, D11, D12.1, D13, D14.1, D15, D16, D11.2, D17 и D21 .

Рис.1.4. Формирователь сигналов 1

Формирователь сигналов 2 (рис. 1.5) вырабатывает сигналы, предназначенные для управления работой плат ВС-61. Временное положение сигналов «Метка пер.» и «Счит .

пер.» приведено на временных диаграммах рис. 1.2. Формирование этих сигналов задается перемычками, установленными на плате ЦО-11 .

Одновременно с сигналами «Счит. пер.» формируется сигнал «Запрет АЦ-11», переводящий выходные цепи буферного регистра платы кодера АЦ-11 в третье состояние, и в этот интервал времени в шины «Р1-Р8 пер.» вводится сигнал от соответствующей платы ВС-61. Формирователь выполнен на микросхемах D18-D20, D14.4, D14.3, D22 .

Формирователь многоканального цифрового сигнала (рис. 1.6) предназначен для преобразования параллельно-последовательного кода, существующего на шинах «Р1-Р8 пер.», в последовательный код генерации синхросигнала по циклам и ввода в групповой сигнал информации об аварийном состоянии блока АЦО-11 .

Рис. 1.5. Формирователь сигналов 2

Формирователь содержит восьмиразрядный селектор-мультиплексор, последовательный регистр с параллельной записью информации и схему ввода служебного сигнала. Во всех канальных интервалах, кроме КИО, шины «Р1-Р8 пер.»

подключены к информационным входам регистра. Запись информации в регистр определяется сигналом с частотой следования импульсов 256 кГц. Сдвиг регистра осуществляется тактовой частотой 2048 кГц пер. В КИО селектор-мультиплексор отключает шины «Р2-Р8 пер.» от входов регистра (сигнал управления селектороммультиплексором) и формирует на этих входах сигнал вида 0011011 или 1X11111 - в зависимости от того, к какому циклу относится данный КИО. Очередность формирования указанных сигналов определяется сигналом с частотой 4 кГц .

При безаварийной работе блока АЦО-11 сигнал в КИО нечетного цикла имеет вид 1011111, при наличии аварии (нулевой уровень в шине «Извещение» или высокий уровень в шине «НКП», что означает отсутствие хотя бы одной из групповых плат) сигнал в КИО нечетного цикла принимает вид 1111111. Формирователь выполнен на микросхемах D3.3, D9.2, D14.2, D14.5, D23, D24, D26, D27, резисторах Р22 и Р23 .

Рис. 1.6. Формирователь многоканального цифрового сигнала

Рис. 1.7. Функциональная схема устройства контроля Устройство контроля (рис. 1.7) содержит селектор-мультиплексор, двоичный счетчик, триггер, выполняющий функцию одновибратора, разрядный ключ на транзисторе VT4, конденсатор С22 и группу логических элементов, формирующих аварийные сигналы. Устройство контроля работает следующим образом. В зависимости от состояния счетчика один из входов селектора-мультиплексора подключен к его выходу. Как только сигнал в этом канале изменит свое состояние с логической единицы на логический нуль (перепад 1-0), сигнал с выхода триггера переключит счетчик в другое состояние и на выход селектора-мультиплексора поступит следующий контролируемый сигнал. В дальнейшем процесс идет аналогичным образом и, при наличии во всех контролируемых цепях логических перепадов 1-0, обеспечивает циклический опрос каналов устройства контроля .

Если хотя бы в одной цепи будут отсутствовать импульсные сигналы (нет перепадов 1-0), то счетчик не переключается и остается в этом состоянии бесконечно долго. При этом на выходе селектора-мультиплексора нет импульсных сигналов, которые открывают разрядный ключ на транзисторе VT4, конденсатор С22 заряжается до напряжения порога срабатывания логических элементов, и в шинах «ЭАС», «САС» и «СИАС вниз» появляются сигналы логического нуля, означающие наличие аварии в блоке АЦО-11. При поступлении сигнала «Опрос ЦО-11» на шины «X1» и «Х2»

поступает сигнал 10, означающий аварию платы ЦО-11 .

Устройство контроля выполнено на микросхемах D26, D8.2, D12.2, D2.9, D8.3, D30.1, резисторах R24, R25, конденсаторах С21, С22, транзисторе VT4 и диоде VD6 .

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Основными элементами стенда являются лабораторный макет генераторного оборудования АЦО-11, который включает в себя принципиальную схему, контрольные кнопки автоматического и ручного управления, тумблеры 1 и 2 «выполнение неисправностей», светодиодную линейку индикации, осциллограф С1-65 .

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

–  –  –

ЛИТЕРАТУРА

1. Аппаратура ИКМ-30 / А.Н.Голубев, Ю.П.Иванов, Л.С.Левин. Под ред .

Ю.П.Иванова. М.: Радио и связь, 1983. 185 с .

2. Аппаратура ИКМ-120 / А.Н.Голубев, Ю.П.Иванов, Л.С.Левин. Под ред .

Ю.П.Иванова. М.: Радио и связь, 1989. 256 с .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Целью работы является исследование режимов работы преобразователя частоты .

КРАТКИЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Простейшая схема преобразователя частоты, содержащая согласующие элементы (трансформаторы, LC контуры) и нелинейный элемент (диод) называется однотактной, содержащая два нелинейных элемента – двухтактной. Более сложная схема, содержащая четыре нелинейных элемента, носит название двойной перекрещенной, или кольцевой .

Если схема построена по принципу уравновешенного моста и обеспечивает отсутствие на выходе тех или иных частот, поданных на ее ходы, – она называется балансной .

Рис.2.2 Рис.2.1 Работа однотактного преобразователя (рис. 2.1) поясняется графическим построением результирующего тока (рис.2.2 а, б), который протекает в общей цепи и определяет формирование выходного сигнала. На рис.2.2а представлена характеристика нелинейного элемента i = f(u), на рис.2.2б – зависимость внутреннего сопротивления элемента Ri = U/i от приложенного напряжения .

На рис.2.3 изображены графики, поясняющие работу однотактного преобразователя частоты .

–  –  –

где aUcost + aUcost – токи с частотами подведенных напряжений;

bU2/2 + bU2/2 – постоянная составляющая;

bU2/2 * cos2t + bU2/2 * cos2t – вторые гармоники основных частот;

bUUcos( + )t + bUUcos( + )t – комбинационные составляющие (боковые частоты) .

Если учесть при анализе члены высших степеней (выше второй) в выражении (2), то в выражении для тока (4) появились бы и более высокие гармонические и комбинационные составляющие. Общий частотный спектр, появляющийся на выходе схемы, представлен в виде спектрограммы на рис.2.4 .

Рис.2.4

Толстыми линиями показаны составляющие, соответствующие уравнению (2), а тонкими – составляющие, которые, кроме этого, могли бы быть получены при использовании более точного выражения (1) .

Однотактные преобразователи имеют ряд существенных недостатков:

1) Слишком насыщен спектр частот, получаемый на выходе, затрудняющий выделение полезных результатов модуляции; появление в преобразованном спектре гармонических составляющих от нижних частот передаваемой полосы; при преобразовании не одной частоты, а спектра частот эти составляющие попадают в спектр полезного сигнала и не могут быть отсеяны фильтрами (частоты + 2, + 3 и т.д.);

2) Сложность питания нескольких преобразователей от одного генератора частоты, т.к. преобразуемые частоты появляются на всех выходах схемы, и таким образом, создаются условия для переходных влияний между разными каналами через общие цепи .

Двойная двухтактная схема преобразователя (рис.2.5) представляет собой результат наложения двух двухтактных схем .

–  –  –

ДВУХТАКТНАЯ СХЕМА

Если две однотактные схемы соответствующим образом соединить вместе, то получится схема, изображенная на рис.2.5. Как и в предыдущем случае, сущность работы схемы не изменится, если в качестве выходного сопротивления принять падение напряжения на нелинейных элементах. В обоих случаях возможна подача электрических колебаний частоты на трансформатор Тр1, а частоты – на трансформатор Тр2, и наоборот .

Пусть u подается на средние точки трансформаторов Тр1 и Тр3. Если схема совершенно симметрична (при одинаковых характеристиках обоих нелинейных элементов), то на ее выходе тока с частотой не будет; напряжение электрических колебаний с частотой лишь управляет сопротивлением нелинейных элементов .

Если амплитуда напряжения u достаточно велика, то она будет одновременно закрывать или открывать оба нелинейных элемента, причем напряжение преобразуемого сигнала не сможет изменить их режима работы. Нелинейные элементы работают в режиме линейно – ломаной характеристики. Вследствие этого ток сигнала будет возникать на выходе схемы только в те моменты времени, когда оба нелинейных элемента открыты. Когда они закрыты, тока сигнала на выходе нет. Если напряжение u не полностью закрывает нелинейные элементы, то ток сигнала на выходе совсем прекратиться не сможет; он будет лишь резко увеличиваться или уменьшаться. Форма кривой тока на выходе схемы для этого случая изображена на рис.2.6а. Ее можно представить как сумму двух кривых: низкочастотной составляющей (рис.2.6б) и сложной кривой некоторого ВЧ колебания (рис.2.6в). Это высокочастотное колебание напоминает собой кривую биений (рис.2.6г), являющуюся суммой двух синусоидальных составляющих, отличающихся друг от друга по частоте на величину частоты биений (в данном случае на 2 ) .

Из сопоставления обеих кривых можно сделать вывод, что ток на выходе схемы (см. рис.2.6в) представляет собой в основном сумму электрических колебаний двух частот. Эти две частоты являются двумя боковыми частотами ( + ) и ( – ). Ломаный характер кривой указывает на то, что на выходе схемы существуют и другие ВЧ составляющие. Эти выводы можно подтвердить аналитически .

В целях упрощения, как и раньше, пренебрегаем высшими степенями в выражении (1), т. е. считаем, что ток зависит от напряжения, подведенного к нелинейному элементу следующим образом: i = au + bu2 (квадратичная характеристика) .

Рис.2.6

Напряжение u подается на оба нелинейных элемента синфазно, тогда как напряжение u, как это следует из схемы, приведенной на рис.2.5, подается на оба нелинейных элемента в противоположных фазах. Отсюда можно сделать вывод, что суммарные напряжения на обоих нелинейных элементах могут быть представлены исходя из следующих условий: если на первом элементе будет напряжение вида U u1 = cost + Ucost, (5) то на втором (в этот же момент времени) получим U u2 = - cost + Ucost. (6)

Ток в трансформаторе Тр3 (а также в трансформаторе Тр1) имеет вид:

i3 = aUcost + bUUcos ( + )t + bUUcos ( – )t. (7) Полученные выражения подтверждают правильность сделанных ранее предположений. Спектр, появляющийся на выходе рассматриваемой схемы, с учетом действительных характеристик нелинейных элементов можно представить в виде спектрограммы (рис.2.7) .

В данном случае спектр содержит значительно меньшее количество гармоник, чем спектр однотактной схемы. В нем, в частности, отсутствуют четные гармоники подводимых электрических колебаний. Выделение требуемой боковой частоты облегчается благодаря отсутствию несущей .

Рис.2.7

Так как в спектрах боковых полос нет четных гармоник, вызываемые ими искажения сигнала, сильно сказывающиеся при однотактной схеме, также отсутствуют .

В спектре, появляющемся на трансформаторе Тр2, нет частоты сигнала, что позволяет осуществлять питание нескольких преобразователей от общего генератора несущей частоты. Эти положительные качества позволяют считать данную схему значительно лучшей по сравнению с предыдущей. Подобную схему двухтактного балансного модулятора можно применить в системе без несущей частоты .

ДВОЙНАЯ ДВУХТАКТНАЯ СХЕМА

Двойная двухтактная схема преобразователя (рис.2.8) представляет собой две двухтактные схемы, наложенные друг на друга. Для нормальной работы схемы необходима возможно более полная идентичность характеристик всех четырех нелинейных элементов, включение которых должно быть таким, как указано на рис.2.8, или обратным .

Рис.2.8

Анализ работы схемы показывает, что в данном случае на выходе ее будет отсутствовать как несущая частота, так и частота сигнала. Вследствие симметричности схемы относительно средних точек с и d трансформаторов поданные на них электрические колебания несущей частоты не будут появляться на выходе. Если характеристики нелинейных элементов будут одинаковыми, то при любом напряжении, поданном с трансформатора Тр1, падения напряжения на нелинейных элементах 1 и 2, а также соответственно на элементах 4 и 3, будут равны друг другу и, следовательно, разности потенциалов между точками a, b, c и d не будет. Поэтому напряжения, поданные на трансформатор Тр1, никакого тока в трансформаторе Тр2 не создадут .

Напряжение частоты закрывает или открывает нелинейные элементы. При этом, когда открытыми оказываются элементы 1 и 3, закрытыми будут элементы 4 и 2, и наоборот. Таким образом, действие моста из нелинейных элементов сводится к коммутации тока сигнала, идущего от трансформатора Тр1, причем через выходной трансформатор ток сигнала идет то в прямом, то в обратном направлении, изменяясь с частотой .

Графическое изображение тока на выходе рассматриваемой схемы дано на рис.2.9 .

Рис.2.9

Характер полученной кривой показывает, что на выходе появляются главным образом колебания двух боковых частот + и –. Ломаный характер кривой указывает на существование на выходе преобразователя также и ряда других ВЧ составляющих .

Правильность сделанных выводов можно подтвердить аналитически .

Напряжения на каждом нелинейном элементе (см. рис.2.8) будут:

U U u1 = cost + Ucost; u3 = - cost + Ucost;

U U u2 = cost - Ucost; u4 = - cost - Ucost. (8)

Результирующий ток iвых. в выходном трансформаторе:

iвых. = i'вых. + i''вых. = 2bUUcos( ± )t. (9) Полученный результат подтверждает правильность сделанных ранее выводов .

При использовании в ходе анализа работы кольцевой схемы выражения i = au + bu2 предполагалось, что к нелинейному элементу подводятся небольшие напряжения, и что, следовательно, анализируется только квадратичный участок его характеристики. Это допущение было сделано для упрощения выводов. Однако, как правило, нелинейные элементы работают при больших амплитудах несущей частоты. Если бы были учтены высшие степени разложения, то спектр частот на выходе преобразователя содержал бы еще ряд других ВЧ составляющих .

Общий спектр частот, практически создаваемый кольцевой схемой, представлен на рис.2.10 .

Рис.2.10

Как видно из спектрограммы, кольцевая схема дает наилучшие результаты по сравнению со всеми приведенными выше схемами как в отношении спектра частот, так и в отношении амплитуд полезных колебаний, появляющихся на ее выходе. Как и простая двухтактная схема, кольцевая схема позволяет питать несколько преобразователей от большого генератора несущей частоты .

Благодаря преимуществам перед другими схемами преобразователей кольцевая схема получила очень большое распространение; она используется в современных системах аппаратуры ВЧ уплотнения .

Представляет интерес случай, когда на трансформаторы Тр1 и Тр2 кольцевой схемы подаются одинаковые частоты с одинаковыми амплитудами U, но с разными фазами 1 и 2.

Рассматривая двойную двухтактную схему как две наложенные друг на друга двухтактные схемы и анализируя каждую из них так, как это показано выше, нетрудно получить суммарную постоянную составляющую тока, появляющуюся в средних точках с и d:

I = - bU2cos(1 – 2). (10) Из соотношения (10) следует, что, когда разность фаз = 1 – 2 изменяется от 0 до, постоянная составляющая изменяется соответственно от -bU2 до bU2. Это позволяет использовать данную схему для разности фаз двух электрических колебаний .

Анализ работы схемы показывает, что на ее выходе будет отсутствовать как несущая частота, так и частота сигнала. Вследствие симметричности схемы относительно средних точек c, d трансформаторов Тр1 и Тр2, поданная на них несущая частота не будет появляться на выходе. Если характеристики нелинейных элементов будут одинаковыми, то при любом напряжении, поданном с трансформатора Тр1, падения напряжения на нелинейных элементах будут равны друг другу и, следовательно, разности потенциалов между точками a, b, c, d трансформаторов не будет и, соответственно, ток в трансформаторе Тр2 будет равен 0. Кольцевое расположение нелинейных элементов дает возможность называть такую схему кольцевой. Напряжение частоты либо закрывает, либо открывает диоды. При этом, когда открытыми оказываются элементы Д1 и Д3, закрытыми будут Д4 и Д2, и наоборот. Действия моста из нелинейных элементов сводится к коммутации тока сигнала от трансформатора Тр1, причем через выходной трансформатор Тр3 ток сигнала идет то в прямом, то в обратном направлениях, изменяясь с частотой .

Напряжение на каждом нелинейном элементе можно представить:

U1 = U/2*cos + Ucost;

U2 = U/2*cost - Ucost;

U3 = -U/2*cost + Ucost;

U4 = -U/2*cost - Ucost. (11)

Токи в цепях нелинейных элементов соответственно будут:

i = aU1 + bU12;

i = aU4 + bU42. (12) После преобразования результирующий ток iвых.

в выходном трансформаторе Тр3 будет:

iвых. = 2b UUcos( + )t. (13) Амплитуды токов боковых частот в данной схеме получились вдвое больше, чем в предыдущей. Общий спектр частот, создаваемый кольцевой схемой показан на рис. 2.11 .

Кольцевая схема дает наилучшие результаты по сравнению с другими схемами преобразователя. Схему кольцевого преобразователя можно использовать для измерения разности фаз двух электрических колебаний. Для этого на выходы трансформаторов Тр1 и Тр2 подаются одинаковые частоты = с одинаковыми амплитудами U, но с разными фазами 1 и 2 .

Рассматривая двойную двухтактную схему, как две положенные друг на друга двухтактные схемы и анализируя каждую из них с учетом выражений (11 - 13), можно получить суммарную постоянную составляющую тока, позволяющуюся в средних точках с и d (рис 8):

Y = - bU2cos(1 – 2). (14) Из соотношения (14) следует, что, когда разность фаз = 1 – 2 изменяется в пределах от 1 до 11, постоянная составляющая появляется соответственно в пределах от (-bU2) до (U2) .

Это позволяет использовать схему преобразователя для измерения разности фаз двух электрических колебаний, т. е. для систем фазовой характеристики системы передачи .

На лицевой панели стенда представлены три схемы преобразователей частоты (однотактная, двухтактная и двойная двухтактная) .

Однотактная схема преобразователя частоты выполнена на полупроводниковом диоде КД 521 (контрольные точки К3 – К4) и содержит три согласующих трансформатора Тр1, Тр2, Тр3. Для формирования выходного сигнала к соответствующим входам и выходу преобразователя подключены: генератор тональной частоты Г1, генератор несущей частоты Г2, усилительный выходной каскад Ус1 .

Генератор тональной частоты Г1 вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой, входящей в стандартный телефонный спектр частот 300 – 3400 Гц. Генератор выполнен на интегральной микросхеме. Эмиттерный повторитель собран на транзисторе КТ 815 и согласует выход микросхемы с низкоомной нагрузкой трансформатора Тр1 .

Рис.2.11

Генератор несущей частоты выполнен на транзисторе структуры n-p-n типа КТ 3102 с частотно-избирательным контуром LC. Выходной сигнал с генератора несущей частоты подается на буферный усилитель, в эмиттерную цепь которого включен согласующий трансформатор Тр2. Несущую частоту генератора 448 кГц с помощью подстроечного элемента можно изменить в достаточно широком диапазоне (более 20 %) .

Преобразованный сигнал с выхода нелинейного элемента (диода КД 524) через согласующий трансформатор Тр3 поступает на вход усилителя Ус1 .

Двухтактная схема преобразователя частоты выполнена на двух транзисторах n-p-n структуры типа КТ 3102. Для формирования выходного сигнала преобразователя частоты к соответствующим входам и выходу преобразователя подключены: генератор тональной частоты Г3, генератор несущей частоты Г4, согласующий трансформатор Тр4, выходной трансформатор Тр5, выходной усилитель Ус и фильтр Ф .

Генератор тональной частоты Г3 выполнен, как и для однотактной схемы преобразователя, на микросхеме. С генератора Г3 сигнал тональной частоты 2,8 кГц поступает на первичную обмотку согласующего трансформатора Тр4, а затем в базовые цепи транзисторов преобразователя частоты .

Рис.2.12

Генератор несущей частоты Г4 собран на основе комплиментарных полевых транзисторов со структурой металл-окисел-полупроводник (КМОП), включающий в себя три логических элемента 3ИЛИ-НЕ, серия К561 ЛЕ10. Генератор Г4 вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой 64 кГц .

Переменным резистором R 33 кОм можно изменять несущую частоту генератора в широких пределах. Сигнал несущей частоты U с выхода генератора Г4 поступает в базовые цепи транзисторов преобразователя частоты. Транзисторный преобразователь выполнен на основе схемы электронных ключей. Напряжение несущей частоты U одновременно закрывает или открывает оба транзистора преобразователя. Коллекторные токи транзисторов будут протекать через первичную обмотку выходного трансформатора Тр5 только в те моменты времени, когда оба транзистора открыты. В случае, когда транзисторы закрыты, ток сигнала через трансформатор Тр5 не протекает .

На выходе двухтактной схемы преобразователя частоты после фильтрации (контрольная точка К15) электрический сигнал представляет в основном сумму электрических колебаний двух частот. В этом сигнале содержатся верхняя ( + ) и нижняя ( – ) боковые частоты, присутствуют высокочастотные составляющие, но отсутствует несущая частота. Это позволяет осуществить питание нескольких преобразователей частот от общего генератора несущей частоты. Такое качество дает существенный выигрыш по отношению к однотактной схеме преобразователя частоты .

Подобную схему двухтактного балансного модулятора можно применять в системе без несущей частоты .

Двойная двухтактная схема преобразователя частоты, или кольцевая, выполнена на специализированной интегральной микросхеме К174 ПС1. Для формирования выходного сигнала преобразователя частоты к соответствующим входам и выходам преобразователя подключены: генератор несущей частоты Г5, генератор модулирующей частоты Г6, выходной усилитель Ус3, фильтр Ф. Микросхема К174 ПС1 представляет собой двойной балансный смеситель для частот до 200 МГц и предназначена для преобразования частот УКВ – диапазона в связной и радиоприемной аппаратуре .

Основным узлом микросхемы является счетверенный дифференциальный усилитель с перекрестными связями на транзисторах VT1 – VT6. При подаче напряжений с разными частотами на базы транзисторов VT2 и VT5 регулируются эмиттерные токи. Режим транзисторов по постоянному току задается стабилизатором напряжения R7, VD1 – VD4. С него через резисторы R3 и R4 подается смещение на транзисторы дифференциальных пар, а через резисторы R5 и R6 – на транзисторы VT2 и VT5. Используя выводы 10 и 12, можно включить резистор между эмиттерами транзисторовVT2 и VT5 и с его помощью установить требуемый масштабный коэффициент передачи. Включением между этими же выводами конденсатора С можно корректировать частотную характеристику крутизны преобразования .

Выводы 7 и 8 предназначены для подачи опорного напряжения на дифференциальные пары транзисторов, а выводы 11 и 13 – для подачи управляющих напряжений на транзисторы VT2 и VT5. Резонансная или резистивная нагрузка подключается к выводам 2 и 3. На ней выделяется выходное дифференциальное напряжение, пропорциональное произведению двух входных напряжений .

Работа преобразователя заключается в следующем: напряжение несущей частоты (К16) закрывает или открывает нелинейные элементы – транзисторы. При этом, когда открытыми оказываются элементы VT2 и VT5, закрытыми будут элементы VT1 и VT4, и наоборот. Таким образом, действие нелинейных элементов сводится к коммутации тока сигнала, идущего от трансформатора Тр6, причем ток сигнала идет то в прямом, то в обратном направлении, изменяясь с частотой. Результирующий сигнал на выходе преобразователя частоты (контрольные точки К23, К24) будет представлять в основном колебания двух боковых частот при отсутствии как несущей частоты, так и частоты модулирующего сигнала .

–  –  –

Для нормальной работы схемы необходима возможно более полная идентичность характеристик всех четырех нелинейных элементов (транзисторов или диодов) .

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Основными элементами стенда являются:

• макет преобразователя с принципиальными однотактной, двухтактной и двойной двухтактной схемами;

• источник питания (расположен в макете);

• осциллограф С1 – 65 .

На стенде расположены контрольные гнезда для подключения осциллографа. На задней панели стенда расположен тумблер включения питания (сеть 220 В) и три подстроечных элемента для регулировки несущей частоты .

Перед выполнением лабораторной работы изучить работу преобразователя, используя данное методическое указание и дополнительную литературу /1, 2/ .

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название и цель работы .

2. Принципиальная схема преобразователя с контрольными клеммами .

3. Описание хода выполнения лабораторной работы .

4. Временные диаграммы работы преобразователя .

5. Выводы по работе .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение узлов и элементов лабораторного макета .

2. Пояснить графически работу однотактного преобразователя .

3. Вывести аналитически выражение для выходного тока однотактного преобразователя .

4. Нарисовать спектрограммы для однотактного преобразователя .

5. Пояснить работу двойной двухтактной схемы преобразователя .

6. Нарисовать спектрограммы для кольцевой схемы преобразователя и вывести аналитически выражение для выходного тока .

7. Как работает преобразователь в режиме измерения разности фаз?




Похожие работы:

«Пронина Юлия Олеговна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВИБРОЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАКТОРА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА НИЗКОЧАСТОТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СО СТОРОНЫ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ 05.05.03 – колесные и гусеничные машины Диссертация на соискание ученой степени...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСТР СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ 51671— ФЕДЕРАЦИИ СРЕДСТВА СВЯЗИ И ИНФОРМАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИЕ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ, ДОСТУПНЫЕ ДЛЯ ИНВАЛИДОВ Классификация Требования доступности и безопасности Издание официально...»

«ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ СОГЛАСОВАНО Руководитель ГЦИ СИ Заместитель генерального директора ФГУ РЬс` т-Москва" т А.С. Евдокимов " 2009 г. Анализаторы цифро-аналоговые Внесены в Государственный реестр сигналов спутникового и средств измерений наземного телевидения...»

«ГОСТ 28417-89 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ВАКЦИНА ПРОТИВ ИНФЕКЦИОННОЙ ЭНТЕРОТОКСЕМИИ ОВЕЦ, АНАЭРОБНОЙ ДИЗЕНТЕРИИ ЯГНЯТ И НЕКРОТИЧЕСКОГО ЭНТЕРИТА ПОРОСЯТ, ВЫЗЫВАЕМЫХ КЛОСТРИДИУМ ПЕРФРИНГЕНС ТИПОВ С, D ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ Издание официальное БЗ 1 0 2004 Носкм С тм...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЛИТОВСКОЙ ССР ВИЛЬНЮССКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ ОДНОРОДНОСТИ ДОРОЖНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА ВИЛЬНЮС...»

«УДК 62+378 ББК 30 И73 И73 Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании [Электронный ресурс]: сборник материалов VI Международной научной конференции (г. Москва, 14–16 ноября 2018 г.) / М-во науки и высшего образования Рос. Федерации, Н...»

«ПОЛИТИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФАЙЛОВ "COOKIE"1. Что такое cookie? Cookie – это файл, скачиваемый на компьютер с определенных сайтов, которые вы посетили. Они помогают сайту, помимо прочего, сохранить и восстановить информацию о предпочтениях...»

«МЕЖ ГОСУДАРСТВЕННЫ Й СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ. МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 33629— СТАНДАРТ Консервы молочные МОЛОКО СУХО...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.