2020-08-05
6672.1. Цель занятия:
1. Знакомство с процессами передачи и преобразования электрических сигналов в системах связи;
2. Получение навыков исследования и анализа электрических сигналов в каналах передачи и преобразования информации;
3. Исследование процессов передачи и преобразования информации в системах связи.
2.2. Теоретическая справка
В процессе передачи и преобразования информации в системах связи электрические сигналы подвергаются запланированной и случайной трансформации. Под запланированной трансформацией понимается предусмотренное аппаратным и программным обеспечением систем связи преобразование сигналов: изменение формы сигналов; усиление; масштабирование; ограничение; фильтрация; модуляция и другие преобразования.
2.2.1. Согласование источника сигнала и нагрузки
К процессу передачи сигнала от его источника к нагрузке могут предъявляться различные требования, основными из которых являются: передача максимальной мощности сигнала в нагрузку; обеспечение максимального напряжения на нагрузке; передача максимального тока в нагрузку.
|
|
|
На рис. 2.1 представлена универсальная эквивалентная схема процесса передачи сигнала от источника к нагрузке.
Рис. 2.1. Эквивалентная схема передачи сигнала от источника к нагрузке
Для обеспечения максимального напряжения на нагрузке необходимо, чтобы внутреннее сопротивление источника сигнала Rи было много меньше по сравнению с сопротивлением нагрузки Rн. В этом случае практически все напряжение источника сигнала V1 будет падать на сопротивление нагрузки.
Если требуется обеспечить максимальный ток в нагрузке, то сопротивление нагрузки должно быть минимальным. При этом в цепи будет протекать максимальный ток.
Передача максимальной мощности сигнала в нагрузку обеспечивается при равенстве сопротивлений генератора и нагрузки. На рис. 2.1 показана зависимость мощности в нагрузке в зависимости от соотношения сопротивлений Rи и Rн.
Рис. 2.2. Зависимость мощности сигнала в нагрузке от соотношения сопротивлений источника сигнала и нагрузки
Как видно из рис. 2.1, максимальное значение мощности в нагрузке обеспечивается при выполнении условия: Rи = Rн. Если сопротивление нагрузки отличается от сопротивления источника, передачи максимальной мощности не происходит. При этом наихудшей является ситуация, когда сопротивление Rн становится меньше сопротивления Rи.
2.2.2. Дифференцирование и интегрирование электрических сигналов
В процессе передачи электрических сигналов в каналах связи последние могут подвергаться процессам дифференцирования и интегрирования. В большинстве случаев такие преобразования не являются запланированными и либо обусловлены проявлением паразитных емкостей и индуктивностей в каналах передачи информации, либо являются «побочным продуктом» процессов фильтрации передаваемых сигналов.
|
|
|
Схема дифференцирования сигнала представлена на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Схема дифференцирования сигнала
Дифференцирование сигнала может иметь место при наличии паразитных емкостных связей. С другой стороны схема, рис. 2.3, представляет собой стандартный функциональный узел обработки электрических сигналов – фильтр высокой частоты.
Назначением фильтра высокой частоты является «вырезание» из спектра сигнала его низкочастотной составляющей. Данный эффект обеспечивается за счет того, что сопротивление конденсатора для низкочастотных составляющих сигнала достаточно высоко. Высокочастотный сигнал практически не встречает сопротивление со стороны конденсатора.
Пример дифференцирования сигнала (прямоугольные импульсы) показан на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Дифференцирование сигнала представленного прямоугольными импульсами
Реальная ситуация в случае паразитных емкостных связей может быть значительно хуже. Так, на рис. 2.5 представлен процесс дифференцирования сигнала при уменьшении емкости С1 на два порядка.
Рис. 2.5. Искажение прямоугольного сигнала при его дифференцировании в случае уменьшения емкости С1.
Пример дифференцирования экспоненциального сигнала показан на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Дифференцирование экспоненциального сигнала
Интегрирование электрического сигнала показано на рис.2.7.
Рис. 2.7. Интегрирование электрического сигнала
Пример интегрирования прямоугольного сигнала (длительность импульса 400 нс) при величине емкости С1 = 0,0005 мкФ приведен на рис. 2.8. При увеличении емкости С1 искажения импульсов увеличиваются.
Рис. 2.8. Интегрирование прямоугольного сигнала (схема рис. 2.7) при емкости С1=0,0005 мкФ.
На рис. 2.9 показан тот же самый процесс интегрирования при С1= 0,005 мкФ.
Рис. 2.9. Интегрирование прямоугольного сигнала (схема рис.2.7) при емкости С1=0,005 мкФ.
Анализируя рис. 2.8 и 2.9, можно сделать вывод, что при увеличении емкости С1 в десять раз по сравнению с процессом, рис. 2.8, форма импульсов на нагрузке совершенно перестала соответствовать прямоугольному сигналу.
2.2.3. Диагностирование электрических сигналов, распространяющихся в радиотехнических каналах связи
Контроль качества каналов связи является обязательной и регулярной процедурой. Целью таких проверок является удостоверение в том, что линии связи не создают препятствий в работе системы связи. Для диагностики сигналов в каналах связи используются специальные аппаратно-программные комплексы. Пример выполнения диагностической процедуры показан на рис. 2.10.
Рис. 2.10. Экран диагностического комплекса кабельных каналов связи
Надежность и помехозащищенность каналов связи зависит как от качества комплектующих, так и от организации самих каналов связи. Для обеспечения устойчивой работы системы связи необходимо на стадии ее реализации не только использовать известные рекомендации и нормативные документы, но проводить дополнительные исследования и измерения.
Например, даже лишний перехлест пары проводов при расшивании гигабитного соединения может привести к тому, что линия связи по своим техническим параметрам и характеристикам не будет соответствовать заданной категории.
Все линии связи должны быть проверены стандартным сертифицированным оборудованием. Такая процедура позволяет не только выявить актуальные на данный момент времени проблемы в компоновке системы связи, но и идентифицировать ухудшение параметров линий связи, которое может привести к сбоям при передаче информационных сигналов после некоторого периода эксплуатации.
|
|
|
2.2.4. Фильтрация электрических сигналов
При обработке и преобразовании сигналов в ряде случаев требуется использование электронных фильтров, которые могут быть пассивными или активными. В общем случае можно говорить об использовании всех четырех видов фильтров: низкочастотного, высокочастотного, полосового и режекторного.
Одной из основных задач фильтра является избавление канала передачи информации от помех и наводок. Например, кабель передачи данных проложен в производственном цехе, и на этот кабель действуют индустриальные помехи. Частота индустриальных помех чаще всего равна 50 или 60 Гц. Также возможно повышенное значение частоты помех 400, 800 или 1000 Гц. Так как частота передаваемых сигналов обычно превышает частоту индустриальных помех, то для устранения последних может быть использован фильтр высокой частоты.
Схема простейшего фильтра низкой частоты приведена на рис. 2.11.
Рис. 2.11. Фильтр низкой частоты
Принцип действия фильтра основан на том, что схема является делителем напряжения для источника входного сигнала V1. Для низкочастотного сигнала конденсатор С1 имеет высокое сопротивление, значительно большее, чем сопротивление резистора R1. Поэтому практически все напряжение источника входного сигнала падает на нагрузке фильтра Rн (Rн много больше R1). Для высокой частоты сигнала конденсатор имеет минимальное, практически нулевое, сопротивление. Поэтому на нагрузочном резисторе практически отсутствует высокочастотный сигнал.
Пример использования фильтра низкой частоты для фильтрации приведен на рис. 2.12 и 2.13.
Рис. 2.12. Искажение низкочастотного информационного сигнала индустриальной помехой с частотой 50Гц
По некоторому кабельному каналу передачи информации индустриальной сети передается низкочастотный сигнал от датчика давления (верхний график на рис. 2.12). На полезный информационный сигнал накладывается индустриальная помеха частотой 50 Гц (средний график на рис. 2.12). В результате сигнал, несущий информацию о давлении в техническом резервуаре, искажается (нижний график на рис. 2.12). После прохождения через фильтр низкой частоты сигнал практически полностью восстанавливается, рис. 2.13.
|
|
|
Рис. 2.13.Восстановленный фильтром низкой частоты информационный сигнал, содержащий в своем составе индустриальную помеху, рис. 2.12
Эффективность подавления помехи зависит как от частоты среза фильтра, так и от крутизны его характеристики, которая в конечном счете определяется порядком фильтра, рис. 2.14.
Рис. 2.14. Амплитудно-частотная характеристика фильтра низкой частоты
На частоте среза выходной сигнал уменьшается на 3дБ, что соответствует уровню сигнала равному 0,7 от его значения в начале полосы пропускания. В полосе заграждения уровень сигнала постоянно падает с ростом частоты. Для фильтра, рис. 2.11, крутизна (спад) характеристики составляет -20дБ/декада.
Схема фильтра высокой частоты показана на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Фильтр высокой частоты
Принцип действия фильтра высокой частоты аналогичен принципу действия фильтра низкой частоты, с той лишь разницей, что напряжение низкой частоты падает на конденсаторе С1 и практически равно нулю на сопротивлении нагрузки. Для высокочастотного сигнала сопротивление конденсатора равно нулю, поэтому практически все его напряжение падает на сопротивлении нагрузки, которое подключено параллельно резистору R1. Амплитудно-частотная характеристика фильтра высокой частоты аналогична характеристике, рис. 2.14 с той лишь разницей, что в полосе пропускания находятся высокие частоты, а в полосе заграждения – низкие частоты.
Фильтр высокой частоты может быть использован для уменьшения искажения высокочастотного сигнала низкочастотной помехой. На рис. 2.16 показан пример исправления искажения сигнала частотного датчика температуры, обусловленного индустриальной помехой частотой 50 Гц.
Рис. 2.16. Устранение влияния индустриальной помехи на информационный сигнал
Сигнал частотного датчика температуры искажается наложенной на него низкочастотной индустриальной помехой (верхний график на рис. 2.16). Сигнал на выходе фильтра высокой частоты (нижний график на рис. 2.16) оказывается практически очищенной от помехи.
2.3. Порядок выполнения задания:
2.3.1. Исследование процесса передачи электрических сигналов от источника к нагрузке
Провести исследование процесса передачи электрических сигналов от источника к нагрузке.
Порядок проведения исследований:
1. Собрать в программе Micro-Cap схему, рис. 2.1, параметры источника входного сигнала и номиналы элементов указаны в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Параметры источника входного сигнала и номиналы элементов схемы, рис. 2.1
| № варианта | Амплитуда сигнала Um, мВ | Частота сигнала fc, МГц | Сопротивление источника Rи, кОм | Сопротивление нагрузки Rн, кОм |
| 1 | 2000 | 900 | 1,00 | 3,30 |
| 2 | 5000 | 550 | 5,50 | 9,50 |
| 3 | 2500 | 600 | 1,55 | 5,50 |
| 4 | 3000 | 1000 | 2,00 | 7,20 |
Окончание табл. 2.1.
| № варианта | Амплитуда сигнала Um, мВ | Частота сигнала fc, МГц | Сопротивление источника Rи, кОм | Сопротивление нагрузки Rн, кОм |
| 5 | 3500 | 7200 | 3,48 | 6,65 |
| 6 | 4000 | 640 | 3,35 | 8,65 |
| 7 | 4500 | 700 | 2,20 | 5,30 |
| 8 | 5500 | 720 | 1,50 | 5,00 |
| 9 | 1500 | 760 | 5,00 | 9,55 |
| 10 | 2000 | 520 | 3,25 | 6,00 |
| 11 | 5000 | 680 | 2,70 | 5,00 |
| 12 | 2500 | 520 | 1,35 | 4,50 |
| 13 | 3000 | 1000 | 4,25 | 9,00 |
| 14 | 3500 | 920 | 1,80 | 4,60 |
| 15 | 4000 | 970 | 5,35 | 9,50 |
2. Изменяя сопротивление нагрузки в пределах ±50% от его значения, указанного в табл. 2.1 снять зависимость напряжения сигнала на нагрузке от сопротивления нагрузки Uн=F(Rн), результаты измерений занести в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Зависимость напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки
| Сопротивление нагрузки Rн, кОм | Напряжение нагрузки Uн, мВ | Сопротивление нагрузки Rн, кОм | Напряжение нагрузки Uн, мВ |
3. Построить график зависимости Uн=F(Rн).
4. Собрать в программе Micro-Cap схему, рис. 2.1, параметры источника входного сигнала и номиналы элементов взять из табл. 2.3.
Таблица 2.3
Параметры источника входного сигнала и номиналы элементов схемы, рис. 2.1
| № варианта | Амплитуда сигнала Um, мВ | Частота сигнала fc, МГц | Сопротивление источника Rи, кОм | Сопротивление нагрузки Rн, кОм |
| 1 | 2000 | 900 | 201,00 | 1,30 |
| 2 | 5000 | 550 | 205,50 | 2,50 |
| 3 | 2500 | 600 | 241,55 | 1,50 |
| 4 | 3000 | 1000 | 264,00 | 1,30 |
| 5 | 3500 | 7200 | 203,48 | 2,65 |
| 6 | 4000 | 640 | 233,35 | 1,65 |
| 7 | 4500 | 700 | 222,20 | 2,30 |
| 8 | 5500 | 720 | 252,50 | 3,00 |
| 9 | 1500 | 760 | 284,00 | 2,55 |
| 10 | 2000 | 520 | 245,25 | 3,00 |
| 11 | 5000 | 680 | 202,70 | 4,00 |
| 12 | 2500 | 520 | 241,35 | 4,50 |
| 13 | 3000 | 1000 | 264,25 | 3,25 |
| 14 | 3500 | 920 | 201,80 | 1,60 |
| 15 | 4000 | 970 | 305,35 | 3,50 |
5. Изменяя сопротивление нагрузки в пределах ±50% от его значения, указанного в табл.2.3, снять зависимость тока сигнала в нагрузке от сопротивления нагрузки Iн=F(Rн), результаты измерений занести в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Зависимость тока в нагрузке от сопротивления нагрузки
| Сопротивление нагрузки Rн, кОм | Ток в нагрузке Iн, мА | Сопротивление нагрузки Rн, кОм | Ток в нагрузке Iн, мА |
6. Построить график зависимости Iн=F(Rн).
7. Собрать в программе Micro-Cap схему, рис. 2.1, параметры источника входного сигнала и сопротивление Rи взять из табл. 2.1, принять Rн= Rи.
8. Изменяя сопротивление нагрузки в пределах ±50% от его значения, принятого в п.6, снять зависимость мощности сигнала в нагрузке от сопротивления нагрузки Рн=F(Rн), результаты измерений занести в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Зависимость тока в нагрузке от сопротивления нагрузки
| Сопротивление нагрузки Rн, кОм | Мощность сигнала в нагрузке Рн, мВт | Сопротивление нагрузки Rн, кОм | Мощность сигнала в нагрузке Рн, мВт |
9. Построить график зависимости Рн=F(Rн).
10. Сделать выводы по результатам исследования.
Отчет по п. 2.3.1 должен содержать: эквивалентную схему процесса передачи сигнала от источника к нагрузке, рис. 2.1; заполненные таблицы 2.2, 2.4, 2.5; графики зависимостей Uн=F(Rн), Iн=F(Rн), Рн=F(Rн); выводы по результатам исследований.
2.3.2. Исследование процесса дифференцирования сигналов в каналах передачи информации
Провести исследование процесса дифференцирования сигналов в каналах передачи информации.
Порядок проведения исследования:
1. Построить в программе Micro-Cap эквивалентную схему процесса дифференцирования электрического сигнала, рис. 2.17, параметры источника сигнала и номиналы элементов схемы взять из табл. 2.6
Рис. 2.17. Эквивалентная схема дифференцирования электрического сигнала с учетом внутреннего сопротивления источника сигнала
Таблица 2.6
Параметры источника сигнала и номиналы элементов схемы, рис. 2.17
| № варианта | Период импульсов Т, нс | Длитель- ность импу- льса tи, нс | Сопротивле-ние источника Rи, Ом | Сопротивле- ние нагрузки Rи, кОм | Емкость конденсатора С1, мкФ |
| 1 | 950 | 360 | 1000 | 8500 | 0,000090 |
| 2 | 1000 | 400 | 950 | 9000 | 0,000095 |
| 3 | 1000 | 500 | 900 | 9500 | 0,000100 |
| 4 | 900 | 320 | 1200 | 10000 | 0,000105 |
| 5 | 1100 | 520 | 1100 | 10500 | 0,000110 |
| 6 | 1050 | 410 | 1500 | 11000 | 0,000115 |
| 7 | 890 | 370 | 1200 | 11500 | 0,000090 |
| 8 | 940 | 510 | 2000 | 8500 | 0,000095 |
| 9 | 850 | 290 | 1900 | 9000 | 0,000100 |
| 10 | 1200 | 620 | 1700 | 9500 | 0,000105 |
| 11 | 1070 | 450 | 1300 | 10000 | 0,000110 |
| 12 | 935 | 385 | 1250 | 10500 | 0,000115 |
| 13 | 1020 | 420 | 1550 | 11000 | 0,000090 |
| 14 | 1230 | 600 | 1950 | 11500 | 0,000095 |
| 15 | 950 | 360 | 2030 | 120000 | 0,000100 |
2. Задать в модели источника сигнала прямоугольную форму импульсов, установить величину амплитуды сигнала 1В.
3. Провести моделирование переходного процесса, получив две временные диаграммы – одну с исходным сигналом, другую с искаженным в процессе дифференцирования сигналом;
4. Сохранить изображение полученного переходного процесса;
5. Рассчитать значение постоянной времени дифференцирующей цепи Тдц= (Rи+Rн).С1.
6. Уменьшить величину емкости конденсатора С1 в пять раз по сравнению с ее значением используемым в п.3 построить новые временные диаграммы для неискаженного и искаженного сигналов.
7. Сохранить изображение полученного переходного процесса.
8. Уменьшить сопротивление резистора Rн в пять раз по сравнению с его значением принятым в ранее проведенных исследованиях.
9. Провести моделирование переходного процесса, получив две временные диаграммы – одну с исходным сигналом, другую с искаженным в процессе дифференцирования сигналом.
10. Сохранить изображение полученного переходного процесса.
11. Уменьшить период прямоугольного сигнала и длительность импульса в десять раз.
12. Повторить исследования переходного процесса в дифференцирующей цепи согласно п. 1-10.
13. Произвести анализ шести полученных переходных процессов и сделать вывод о влиянии частоты сигнала и значения постоянной времени дифференцирующей цепи на искажение прямоугольного сигнала.
14. Перевести источник сигнала в режим генерирования синусоидального напряжения.
15. Построить несколько вариантов переходных процессов в дифференцирующей цепи для разных значений частоты сигнала и величины постоянной времени.
16. Сохранить два-четыре варианта переходных процессов.
17. Сделать вывод о влиянии дифференцирующей цепи на форму гармонического сигнала.
Отчет по п. 2.3.2. должен содержать: схему исследуемой дифференцирующей цепи; графики переходных процессов; расчет значений постоянной времени дифференцирующей цепи; выводы по результатам исследования.
2.3.3. Исследование процесса интегрирования сигналов в каналах передачи информации
Провести исследование процесса интегрирования сигналов в каналах передачи информации.
Порядок проведения исследования:
1. Построить в программе Micro-Cap эквивалентную схему процесса интегрирования электрического сигнала, рис.2.18, параметры источника сигнала и номиналы элементов схемы взять из табл. 2.7.
Рис. 2.18.Эквивалентная схема процесса интегрирования сигнала
Таблица 2.7
Параметры источника сигнала и номиналы элементов схемы, рис. 2.18
| № варианта | Период импульсов Т, нс | Длитель- ность импу- льса tи, нс | Сопротивле-ние источника Rи, Ом | Сопротивле- ние нагрузки Rи, кОм | Емкость конденсатора С1, мкФ |
| 1 | 950 | 360 | 100 | 85 | 0,00050 |
| 2 | 1000 | 400 | 95 | 90 | 0,00049 |
| 3 | 1000 | 500 | 90 | 95 | 0,00048 |
| 4 | 900 | 320 | 85 | 100 | 0,00047 |
| 5 | 1100 | 520 | 80 | 105 | 0,00046 |
| 6 | 1050 | 410 | 105 | 110 | 0,00045 |
| 7 | 890 | 370 | 110 | 115 | 0,00051 |
| 8 | 940 | 510 | 115 | 85 | 0,00052 |
| 9 | 850 | 290 | 120 | 90 | 0,00053 |
| 10 | 1200 | 620 | 100 | 95 | 0,00054 |
| 11 | 1070 | 450 | 95 | 100 | 0,00055 |
| 12 | 935 | 385 | 90 | 105 | 0,00056 |
| 13 | 1020 | 420 | 85 | 110 | 0,00057 |
| 14 | 1230 | 600 | 80 | 115 | 0,00058 |
| 15 | 950 | 360 | 90 | 100 | 0,00059 |
2. Задать в модели источника сигнала прямоугольную форму импульсов, установить величину амплитуды сигнала 2 В.
3. Провести моделирование переходного процесса, получив две временные диаграммы – одну с исходным сигналом, другую с искаженным в процессе интегрирования сигналом.
4. Сохранить изображение полученного переходного процесса.
5. Рассчитать значение постоянной времени интегрирующей цепи Тиц= Rи . С1.
6. Увеличить величину емкости конденсатора С1 в пять раз по сравнению с ее значением, используемым в п. 3 построить новые временные диаграммы для неискаженного и искаженного сигналов.
7. Сохранить изображение полученного переходного процесса.
8. Увеличить сопротивление резистора Rи в пять раз по сравнению с его значением, принятым в ранее проведенных исследованиях.
9. Провести моделирование переходного процесса, получив две временные диаграммы – одну с исходным сигналом, другую с искаженным в процессе интегрирования сигналом.
10. Сохранить изображение полученного переходного процесса.
11. Произвести анализ трех полученных переходных процессов и сделать вывод о влиянии значения постоянной времени интегрирующей цепи на искажение прямоугольного сигнала.
12. Перевести источник сигнала в режим генерирования синусоидального напряжения.
13. Построить несколько вариантов переходных процессов в интегрирующей цепи для разных значений частоты сигнала и величины постоянной времени.
14. Сохранить два-четыре варианта переходных процессов.
15. Сделать вывод о влиянии интегрирующей цепи на форму гармонического сигнала.
Отчет по п. 2.3.3 должен содержать: схему исследуемой интегрирующей цепи; графики переходных процессов; расчет значений постоянной времени интегрирующей цепи; выводы по результатам исследования.
2.3.4. Исследование процесса фильтрации электрических сигналов
в каналах связи
Провести исследование процесса фильтрации информационных сигналов с помощью фильтров низкой и высокой частот.
Порядок проведения исследования:
1. Построить в программе Micro-Cap схему процесса низкочастотной фильтрации, рис. 2.19, параметры источников помехи V1 и информационного сигнала V2, сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1 взять из табл. 2.8.
Рис. 2.19. Фильтрация сигнала, содержащего высокочастотную помеху
Таблица 2.8
Параметры источников сигналов и номиналы элементов схемы, рис. 2.19
| № варианта | Напряжение V1, мВ | Напряжение V2, мВ | Частота V1, Гц | Частота V2, Гц | Сопротивле- ние R1, Ом | Емкость С1, мкФ |
| 1 | 1000 | 500 | 50 | 1,95 | 3000 | 5,00 |
| 2 | 950 | 400 | 50 | 2,45 | 1000 | 1,00 |
| 3 | 900 | 350 | 50 | 1,90 | 2000 | 1,20 |
| 4 | 850 | 300 | 50 | 2,70 | 4000 | 1,50 |
| 5 | 800 | 270 | 50 | 3,00 | 2500 | 1,80 |
| 6 | 1100 | 650 | 60 | 2,10 | 1500 | 2,00 |
| 7 | 1150 | 700 | 60 | 2,40 | 3500 | 2,20 |
| 8 | 1200 | 750 | 60 | 2,55 | 4500 | 2,80 |
| 9 | 1250 | 800 | 60 | 2,85 | 1300 | 3,00 |
| 10 | 1300 | 850 | 60 | 3,10 | 2300 | 3,30 |
| 11 | 1350 | 900 | 400 | 1,95 | 3300 | 3,70 |
| 12 | 1400 | 950 | 400 | 2,45 | 4300 | 4,00 |
| 13 | 1450 | 1000 | 400 | 1,90 | 1100 | 4,70 |
| 14 | 1500 | 1100 | 400 | 2,70 | 2100 | 5,00 |
| 15 | 1550 | 1200 | 400 | 3,00 | 3100 | 5,70 |
2. Выполнить моделирование переходных процессов, напряжения источников сигнала и помехи, напряжение на нагрузке. Полученные переходные процессы представить на трех отдельных временных диаграммах.
3. Сохранить полученные в п. 2 временные диаграммы.
4. Рассчитать значение постоянной времени фильтра, используемого для уменьшения помехи: Тфнч=R1.С1.
5. Поочередно реализуя п.2-4 при различных значениях R1 и C1 подобрать параметры фильтра, при которых полезный сигнал будет наилучшим образом очищен от помехи, сохранить два – три промежуточных варианта и окончательный вариант переходного процесса.
6. Сделать вывод о влиянии значения постоянной времени фильтра на эффективность подавления помехи.
7. Построить в программе Micro-Cap схему процесса высокочастотной фильтрации, рис. 2.20, параметры источников помехи V1 и информационного сигнала V2, сопротивления резистора R1 и и емкости конденсатора С1 взять из табл. 2.9;
Рис. 2.20. Фильтрация сигнала, содержащего низкочастотную помеху
Таблица 2.9
Параметры источников сигналов и номиналы элементов схемы, рис. 2.20
| № варианта | Напряжение V1, мВ | Напряжение V2, мВ | Частота V1, Гц | Частота V2, кГц | Сопротивле- ние R1, Ом | Емкость С1, мкФ |
| 1 | 1000 | 500 | 50 | 5,95 | 5000 | 50,00 |
| 2 | 950 | 400 | 50 | 2,45 | 3000 | 10,00 |
| 3 | 900 | 350 | 50 | 1,90 | 6000 | 10,00 |
| 4 | 850 | 300 | 50 | 2,70 | 4000 | 15,00 |
| 5 | 800 | 270 | 50 | 3,00 | 4500 | 22,00 |
| 6 | 1100 | 650 | 60 | 2,10 | 6500 | 20,00 |
| 7 | 1150 | 700 | 60 | 2,40 | 3500 | 25,00 |
| 8 | 1200 | 750 | 60 | 2,55 | 4500 | 40,00 |
| 9 | 1250 | 800 | 60 | 2,85 | 3300 | 30,00 |
| 10 | 1300 | 850 | 60 | 3,10 | 2300 | 33,00 |
| 11 | 1350 | 900 | 400 | 1,95 | 4300 | 75,00 |
| 12 | 1400 | 950 | 400 | 2,45 | 5300 | 90,00 |
| 13 | 1450 | 1000 | 400 | 1,90 | 4100 | 100,70 |
| 14 | 1500 | 1100 | 400 | 2,70 | 3100 | 65,00 |
| 15 | 1550 | 1200 | 400 | 3,00 | 7100 | 50,70 |
2. Выполнить моделирование переходных процессов, напряжения источников сигнала и помехи, напряжение на нагрузке. Полученные переходные процессы представить на трех отдельных временных диаграммах.
3. Сохранить полученные в п.2 временные диаграммы.
4. Рассчитать значение постоянной времени фильтра, используемого для уменьшения помехи: Тфвч=R1.С1 (сопротивлением нагрузки пренебрегаем, так оно значительно больше сопротивления фильтра R1.
5. Поочередно реализуя п. 2 – 4 при различных значениях R1 и C1, подобрать параметры фильтра, при которых полезный сигнал будет наилучшим образом очищен от помехи, сохранить два–три промежуточных варианта и окончательный вариант переходного процесса.
6. Сделать вывод о влиянии значения постоянной времени фильтра на эффективность подавления помехи.
Отчет по п. 2.3.4 должен содержать: схемы низкочастотной и высокочастотной фильтрации; требуемые временные диаграммы процессов; расчет постоянных времени фильтров; выводы по результатам исследований.
2.4. Контрольные вопросы
1. Какие требования могут предъявляться к процессу передачи мощности от источника сигнала к нагрузке?
2. При каком условии в нагрузку может быть передана максимальная мощность сигнала?
3. Что понимается под дифференцированием электрического сигнала?
4. Что понимается под интегрированием электрического сигнала?
5. С какой целью производится диагностирование электрических сигналов, распространяющихся в каналах связи?
6. Что может являться причиной нарушения процесса передачи сигналов в системах связи?
7. Какие фильтры используются для подавления помех в сетях передачи сигналов?
8. Какой вид имеет АЧХ фильтра низкой частоты?
9. Что понимается под частотой среза фильтра?
2.5. Требования к отчету по практическому заданию
Отчет должен содержать: цель работы; краткую теоретическую справку; отчеты по п. 2.3.1–2.3.4; общий вывод по результатам выполнения задания.
