Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи

Классификация оборудования для связи

Наибольшее распространение получила аппаратура связи, работа которой основана на преобразовании любого вида информации в простые электрические сигналы и передаче ее различными способами: при помощи радиоволн, по металлическим кабелям или по оптико-волоконной сети. Эти электрические сигналы таким образом попадают на приемные устройства, в которых преобразуются в изначальный вид.

При принципу передачи информации аппаратура связи делится на аналоговую и цифровую. Аналоговая связь осуществляется благодаря преобразованию видео или звука в импульсы определенной частоты. Цифровая аппаратура связи получила более широкое распространение, благодаря более высокой четкости, высокому уровню надежности, отсутствию помех, большой скорости передачи, малым габаритам и высокому уровню защиты каналов связи. По типу передачи сигналов аппаратура связи делится на:

1. Аппаратуру радиосвязи.
2. Аппаратуру радиорелейной связи.
3. Аппаратуру высокочастотной связи.
4. Аппаратуру оптико-волоконной связи.
5. Аппаратуру сотовой связи.
6. Аппаратуру спутниковой связи.

Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи

Допустим, что необходимо спроектировать устройство связи, которое вырабатывает несколько гармонических колебаний. Данное устройство состоит из:

1. Автогенератора, который вырабатывает задающее колебание.
2. Нелинейного преобразователя, задачей которого является искажение формы сигнала.
3. Активных фильтров, которые выделяют необходимые гармоники.
4. Масштабирующих усилителей, используемых для согласования выходных и входных сопротивлений устройств и поддержания необходимого уровня формируемого сигнала.

В качестве задающего устройства у нас будет использоваться автогенератор на биполярных транзисторах с пассивной лестничной RC-цепью с обратной связью. Нелинейный преобразователь построен на основе биполярных транзисторов. Его расчет будет заключаться в аппроксимации вольтамперной характеристики. В качестве электрических фильтров используются полосовые фильтры на основе операционного усилителя с полиномиальной аппроксимацией частотной характеристики Чебышева. Развязывающие устройства в данном случае – масштабирующие усилители на интегральных схемах.

Исходными данными для расчета будут тип автогенератора, частота генерации, тип транзистора, сопротивление коллекторной цепи, тип нелинейного преобразователя, напряжение смещения, напряжение на входе преобразователя, напряжение питания преобразователя, а также напряжение питания смещения, выходное напряжение электрических фильтров.

Таким образом расчет данного устройства связи будет состоять из расчета автогенератора, спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя, развязывающего устройства, полосового фильтра и выходного усилителя.

Рассчитаем автогенератор схема которого представлена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема автогенератора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Для того, чтобы выполнялся баланс фаз необходимо, чтобы цепь обратной связи вносила сдвиг фаз, определяемый следующим образом:

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отсюда частота генерации может быть рассчитана следующим образом:

Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

А коэффициент передачи цепи обратной связи на частоте генерации можно рассчитать по формуле:

Рисунок 4. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где, Rн - входное сопротивление составного транзистора.

Следующим этапом расчета является расчет входного сопротивления транзистора. Чтобы это сделать необходимо построить входную характеристику транзистора, представляющую собой зависимость между действующим значением электрического тока и входного напряжения. Для ее построения исходными данными являются выходная и входная характеристики транзистора. Пример входной характеристики изображен на рисунке ниже.

Рисунок 5. Входная характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

После этого по входной характеристике рассчитываются входное сопротивление транзистора и коэффициент усиления транзистора по электрическому току, сопротивление составного транзистора, строится колебательная характеристика, напряжение на выходе автогенератора, емкость в цепи обратной связи, емкость разделительного конденсатора

При расчете полосового фильтра сначала строятся его характеристика ослабления, являющаяся геометрической симметрией относительно выделяемой гармоники (как правило, указана в исходных данных) и вспомогательная функция. Затем рассчитываются граничные частоты, полюса передаточных функций низких частот, сопротивления рассматриваемой схемы, ослабление полосового фильтра.

Расчет выходного фильтра заключается в расчете напряжения на его выходе по формуле:

$Uвыхф = Um1*|(H(jf)|$

где Um1 - амплитуда напряжения первой гармоники.