Введение

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

“ Передача дискретной информации и каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики"

на тему:

“ Разработка каналообразующих

устройств”

Выполнил:

студент группы ТУС–262

Викторов К.А.

Принял: Табунщиков А.К.

Москва 2014

Содержание:

Введение. 3

1 Структурная схема каналообразующих устройств телемеханики. 4

1.1 Обоснование вида АМ модуляции. 9

2 Разработка автогенератора синусоидального сигнала. 12

2.1 Автоколебательная система. Автогенератор. 12

2.1.1 Структурная схема автогенератора. 12

2.1.2 Выбор и анализ схемы автогенератора. 14

2.2 Выбор рабочей точки транзистора в режиме класса А. Определение необходимых параметров транзистора. 15

2.2.1 Статические характеристики транзистора. 15

2.3 Схема усилителя переменного сигнала. 20

2.4 Расчет и моделирование усилителя. 22

2.4.1 Расчет и моделирование усилителя по постоянному току. 23

2.4.2 Расчет и моделирование усилителя по переменному току. 27

2.5 Расчет и моделирование индуктивного трехточечного автогенератора. 33

3 Моделирование амплитудного манипулятора с пассивной паузой. 41

4 Разработка последовательного диодного детектора амплитудно - манипулированного сигнала с пассивной паузой. 45

5 Заключение. 54

6 Список использованной литературы.. 55

Введение

Под каналообразующими устройствами понимают комплекс технических средств, предназначенных для передачи и приема сообщений. Линия связи исключается из перечня технических средств, образующих каналообразующую аппаратуру. Таким образом, если сформировано некоторое сообщение λ(t), которое требуется передать, то по средствам соответствующих операций оно преобразуется в сигнал S(t), который передается по линиям связи потребителю. Потребитель информации принимает сигнал содержание которого будет отличаться от того, что передано в начале линии связи. Это связано с тем, что в линии связи на полезный сигнал накладывается помеха. Принятый сигнал преобразуется в сообщение.

Комплекс технических средств на передающей стороне называется передатчик. Комплекс технических средств для преобразования сигнала в сообщение - приемник. Техника передачи информации на ж.д. транспорте использует разнообразные направляющиеся среды. Наряду с традиционными проводниками, радио и радиопроводными линиями связи начинают создавать наземные волоконно-оптические и спутниковые линии связи. В качестве рабочих используются частоты всех диапазонов: от крайне низких (3 – 30Гц) до сверхвысоких (3 – 30 ГГц). В качестве элементной базы широко применяются электронные и микроэлектронные приборы. Однако при всем разнообразии применяющихся на ж.д, транспорте каналообразующих, передающих и приемных устройств и схемотехнические решения могут быть расчленены на элементы достаточно ограниченного набора - генератора, усилителя, модема (модулятор-демодулятор), кодека, преобразователя частоты, преобразователя сигналов и подобные им устройства.

Целью данного курсового проекта является практическое ознакомление студентов с методикой расчета и проектирования передающих и принимающих устройств. Моделирование отдельных узлов передатчика и приемника ведется на компьютере путем математического моделирования в программе Electronics Workbench Pro. На данном этапе развития человечества математическое моделирование стало неотъемлемой частью работы инженера. Выполнение курсового проекта дает определенную базу знаний в области использования специальных программ и возможность практического закрепления знаний полученных теоретически в курсе лекций.

1 Структурная схема каналообразующих устройств телемеханики

Каналом передачи называется совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу электромагнитных сигналов, ограниченных по мощности, в определенной области частот или с определенной скоростью.

Рисунок1.1 Структурная схема передатчика

Первичные сигналы являются, как правило, низкочастотными и широкополосными. Условия передачи таких сигналов по физическим линиям весьма ограничены, а по радиоканалу практически невозможны. Поэтому для передачи сигналов по линии связи используют специальные колебания, называемые переносчиками или несущими частотами. Эти колебания вырабатывает задающий генератор несущего колебания, которое является вспомогательным для передачи информации, и информации не несет. Для того, чтобы заложить информацию в сигнал переносчик осуществляется операция модуляции. Устройство, реализующее операцию модуляции, называется модулятором. В состав модулятора входят генератор несущего колебания и нелинейный элемент, осуществляющий перемножение низкочастотного информационного и несущего колебаний. Линия связи (ЛС) – это среда используемая для передачи сигналов. В качестве ЛС можно использовать провода, рельсы, пространство, в котором распространяются электромагнитные волны. В реальных условиях сигнал S(t) передается при наличии помех, под которыми понимается любое случайное воздействие, накладывающиеся на сигнал. В результате чего

переданный сигнал будет отличаться от сигнала на выходе передаваемого устройства. Приемник обеспечивает выделение передаваемого сообщения из принятого сигнала. Для этого в приемнике производят операцию демодуляции. Демодулятор (детектор) преобразует модулированный сигнал с переносом спектра модулирующего сигнала из области высоких в область низких частот.

Структурная схема передатчика:

ИС – источник сообщения,

ПСС – преобразователь неэлектрической величины в электрическую,

Модулятор – осуществляет перемножение несущей частот и модулирующего сигнала,

К – кодер,

НЭ – нелинейный элемент,

УС – усилитель передаваемого сигнала,

Рисунок 1.2 Структурная схема приемника

Ф_пер – фильтр передаваемого сигнала.

Структурная схема приемника:

Ф_пр – фильтр принимаемого сигнала,

ПСС – преобразователь сигнала,

Дем – демодулятор,

Дек – декодер,

УС – усилитель сигнала,

ПС – приемник сигнала.

В состав каналов передачи дискретной информации входят: источник сообщения (ИС), передатчик, линия связи (ЛС), приемник и получатель сообщения (ПС). Источником сообщения (ИС) может быть речевой сигнал, информационно-измерительный датчик, электронно-вычислительная машина и тому подобное. Под ИС понимают собственно источник передаваемых сообщений и преобразователь неэлектрической величины в электрическую.

Передатчик служит для преобразования передаваемого сообщения в сигнал, который можно передавать по линии связи ЛС. Передатчик состоит из кодера и модулятора.

Кодер (К) представляет собой преобразователь дискретного сообщения в последовательность кодовых символов.

Модулятор (Мод) является устройством, реализующим модуляцию. Линия связи (ЛС) -это среда, используемая для передачи сигналов. В качестве линии связи можно использовать рельсы, провода, оптические кабели и др. В реальных условиях в линии связи действуют помехи.

Приёмник обеспечивает выделение передаваемого сообщения из принятого сигнала. Для этого в его состав входит демодулятор и декодер. Демодулятор (Дем) преобразует принятый модулированный сигнал, искаженный помехами, в исходный моделирующий.

Рисунок 1.3 Функциональная схема передатчика

Декодер (Дек) осуществляет операцию декодирования. Сигнал приобретает необходимую информационную форму и поступает к получателю сигнала (ПС).

Назначение функциональных узлов передатчика:

ЗГ - задающий генератор.

ОГР - усилитель-ограничитель, который обеспечивает необходимый уровень сигнала на входе модулятора.

БК - буферный каскад, в котором осуществляется модуляция, т. е. перенос спектра сигнала в высокочастотную область, т.е. закладывает информацию в сигнал переносчик.

Ф - фильтр.

УЧ - умножитель частоты (в схеме возможно применение нескольких умножителей, нагрузкой которых является ПФ).

ПФ - полосовой фильтр, который настроен на гармонику соответствующую коэффициенту умножения УЧ (3, 9, 12...).

УМ - Усилитель мощности.

Схема защиты — предназначена для избегания выхода из строя мощного транзистора в схеме УМ при обрыве или коротком замыкании антенно-фидерной цепи.

Ф - фильтр, предназначенный для подавления побочных излучений.

Модуляционный усилитель, наряду с усилением низкочастотного сигнала, поступающего на модулятор, выполняет еще одну функцию - повышение помехоустойчивости канала радиосвязи более эффективным использованием выделенной полосы частот. Улучшить помехоустойчивость канала радиосвязи можно сжатием динамического диапазона передаваемого сообщения, т. е. увеличением уровня слабых звуков до уровня сильных. При приеме это проявляется как возрастание средней громкости и разборчивости речи, что эквивалентно увеличению мощности передатчика.

Сжатием (компенсированием) динамического диапазона речевого сигнала осуществляется модуляционными усилителями, которые часто называют компрессорами. В компрессоре слабые сигналы усиливаются больше, чем средние, а громкие не усиливаются совсем либо усиливаются незначительно. В результате происходит относительное повышение среднего уровня сигнала.

Принцип действия компрессора основан на ограничении низкочастотного сигнала. Речевой сигнал от микрофона поступает на усилитель У, характеристика которого имеет равномерный подъем в сторону высоких частот в благодаря включению дифференцирующей цепи Д. Поскольку в спектре речи преобладают низкочастотные составляющие, то частотный спектр речи выравнивается. Такой сигнал поступает на ограничитель ОГР, который вступает в действие при превышении входным сигналом порога ограничения.

При выровненном спектре все составляющие сигнала ограничиваются более равномерно и продукты ограничения оказывают незначительное мешающее действие. На выходе ограничителя включена интегрирующая цепь И. Частотная характеристика этой цепи обратная характеристике Д, в результате чего на выходе восстанавливается первоначальная форма сигнала. После усиления У сигнал поступает на фильтр нижних частот Ф.

Рисунок 1.4 Функциональная схема приемника

Назначение Ф состоит в ограничении полосы передаваемого сигнала. Высшие гармонические составляющие, которые возникли при ограничении и сохранились на выходе И не пропускаются фильтром, и тем самым устраняется перемодуляция передатчика.

Назначение функциональных узлов приемника:

ОГР - который защищает каскады от перенапряжений, наводимых в антенной цепи.

У - усилитель.

Ф - фильтр. Его назначение состоит в необходимом ослаблении чувствительности по внеполосным каналам приема.

ШОУ - широкополосный фильтр ограничитель - узкополосный фильтр, позволяющий существенно снизить мешающее действие импульсных помех.

ПЧ - преобразователь частоты, осуществляет перенос спектра сигнала из высокочастотной области на меньшую частоту, называемой промежуточной, на который подается напряжение гетеродина Г.

Ф - фильтр, обеспечивающий требуемую избирательность по соседнему каналу.

У - усилитель промежуточной частоты.

Д - детектор (демодулятор), в котором осуществляется перенос спектра сигнала из высокочастотной области в область низких частот.

У – оконечный усилитель.

АРУ - автоматическое регулирование усиления.

ШП - шумоподавитель.

Применение АРУ может быть вызвано необходимостью обеспечения устойчивой работы ШП при высоких уровнях помех. Назначение ШП состоит в том, чтобы закрывать тракт низкой частоты приемника при отсутствии полезного сигнала и тем самым избавлять корреспондента от прослушивания шумов как в режиме дежурного приема, так и в паузах между переговорами.