49203

Анализ линейной динамической цепи

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

На втором этапе определяем комплексную функцию передачи используя Generl Numbers. Этап третий определяем нули и полюса комплексной функции передачи построение карты полюсов и нулей. Нахождение комплексной функции передачи 3. Нахождение полюсов и нулей функции передачи.

Русский

2013-12-23

21.94 MB

4 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно - Уральский Государственный Университет

Кафедра «Цифровые радиотехнические системы»

Пояснительная записка

к курсовой работе по курсу «Основы теории цепей»

по теме «Анализ линейной динамической цепи»

ЮУрГУ - К.21040062.10.27.000.ПЗ

Нормоконтролер: Руководитель

В.М. Коровин В.М. Коровин

_______________ _______________

«____»___________ 2009г. «____»___________ 2009г

Автор проекта:

Студент группы ПС-210

Меркулов Д.А.

«______»___________ 2009г.

Проект защищен с оценкой

___________________

«_____»___________ 2009г.

Подпись преподавателя:

______________________

Челябинск

2009


Аннотация

Меркулов Д.А. Анализ линейной динамической цепи.

Челябинск, ЮУрГУ, кафедра ЦРТС, 2009. 15с, 9 илл.

Библиография литературы - 5 наименований.

Исходя из цели работы и условий её выполнения, мною были получены все необходимые результаты (в виде графиков и формул). Все методы и этапы описаны в работе. Расчеты и построения графиков проводились в нескольких программах: MathCad 14, General Numbers.vi, MultiSim 10, Micro Cap 9, Exel.

Курсовая работа состоит из пяти этапов. На первом этапе с помощью метода узловых напряжений получаем матрицу узловых проводимостей. На втором этапе - определяем комплексную функцию передачи, используя General Numbers.vi и метод обобщенных чисел. Этап третий - определяем нули и полюса комплексной функции передачи, построение карты полюсов и нулей. На четвертом этапе получены формулы и графики АЧХ, ЛАЧХ и ФЧХ. По этим графикам определяем крутизну среза (в дБ/дек) и время задержки сигнала в полосе задержания. Последний этап состоит в определении импульсной и переходной характеристик.


Оглавление

Введение

1. Электрическая схема фильтра

2. Нахождение комплексной функции передачи

3. Нахождение полюсов и нулей функции передачи. Карта полюсов и нулей

4. Построение АЧХ, ЛАЧХ, ФЧХ. Определение крутизны среза и времени задержки

5. Функции импульсной и переходной характеристик. Графики

5.1. Импульсная характеристика цепи

5.2. Переходная характеристика цепи

Заключение

Литература


Введение

В ходе выполнения курсовой работы необходимо: построить электрическую схему фильтра по указанным в таблице значениям; составить систему уравнений цепи в матричной и обычной формах; определить комплексную функцию передачи, перейти к операторной функции передачи; найти нули и полюса функции, построить карту полюсов и нулей; построить АЧХ, ЛАЧХ, ФЧХ, импульсную и переходную характеристики. В заключение курсового проекта необходимо отразить все аспекты выполнения тех или иных задач, сделать выводы в соответствии с полученными результатами и написать список литературы, которая была использована при выполнении работы.


1. Электрическая схема фильтра

Ветвь1

Ветвь2

Ветвь3

Узлы

Элементы

Узлы

Элементы

Узлы

Элементы

Между

мГн

нФ

Между

мГн

нФ

Между

мГн

нФ

1

0

1 

КоМ

1

2

1,4142

------

1

2

-----

0,7071

Ветвь4

Узлы

Элементы

Между

мГн

нФ

2

0

0,7071

1,4142

Рис 1. Схема фильтра.

Базисным узлом примем узел с номером 0,который является заземленным. По методу узловых напряжений получаем матрицу:

Где  - вектор узловых напряжений.

Из матрицы составим систему уравнений в обычном виде:


2. Нахождение комплексной функции передачи

Для нахождения комплексной функции передачи воспользуемся методом обобщенных чисел.

Рис 2. Схема фильтра для вычисления комплексной функции передачи.

Составим проводимости узлов:

0: Y=2: Y=

1: Y= 3: Y=

Мы дополнительно ввели один узел между элементами L2 и C2.

Диагональная матрица собственных проводимостей узлов


Помножим все элементы на p и заменим ;

; ;

Получаем звездное число:

Напишем обобщенное число:

=

Далее определяем древесное число:

Определитель:

Числитель функции передачи:

Древесное число числителя:

Формула для вычисления функции передачи:

H41(p)=

Числитель:

Подставим все значения в формулу и поделим на p:

H41(p)=

Преобразуем обратно Г1 =1/L1 и Г2 =1/L2

Подставим все значения элементов в формулу H41(p),получаем:

Перейдем к нормированной частоте:

Для проверки и для того, чтобы удостовериться, что расчеты методом обобщенных чисел верны, воспользуемся результатом, полученным при использовании программы General Numbers.vi

где  .

Как мы видим, функция передачи, полученная методом обобщенных чисел, полностью совпадает с функцией передачи, рассчитанной с помощью программы General Numbers.vi.


3. Карта полюсов и нулей

По ранее найденной комплексной функции передачи цепи определим полюса и нули:

Для нахождения нулей выпишем отдельно числитель функции и приравняем его к нулю. Корни данного уравнения и будут являться нулями.

=0

Решая данное уравнение, получим:

p1,2,3,4=

Для нахождения полюсов выпишем отдельно знаменатель функции и приравняем его к нулю. Корни данного полинома и будут являться полюсами.

Решив данное уравнение, мы получили полюса:

p1,2=-0.47751.3610j

p3,4=-0.22960.6542j

Рис 3. Карта полюсов и нулей.

По полученным значениям построим карту полюсов и нулей:

По виду карты полюсов и нулей можно определить некоторые особенности цепи:

1. Цепь является минимально-фазовой, т.к. в правой полуплоскости отсутствуют нули.

2. Цепь является устойчивой, т.к. в правой полуплоскости нет полюсов.


4. Нахождение функций АЧХ, ФЧХ и ЛАЧХ. Графики функций.

Рис 4. Амплитудно-частотная характеристика.

Графики АЧХ, ФЧХ и ЛАЧХ построим с помощью программ MultiSim 10 и Micro Cap 9. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) определяется как:

=

Рис 5. Фазо-частотная характеристика.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) определяется как: 

По ФЧХ определяем время задержки сигнала:

мкс.

Логарифмическая АЧХ определяется как: 20*log(H(w))

Рис 6. Логарифмическая АЧХ.

По графику определяем крутизну среза Sсреза=70 дБ/дек, что соответствует Sсреза =21 дБ/окт.


5. Импульсная и переходная характеристики. Графики характеристик

5.1 Импульсная характеристика цепи

Импульсную характеристику посчитаем по формуле:

где H1(p) - числитель функции передачи;

H2(p) - знаменатель функции передачи;

e - основание натурального логарифма;

k - порядковый номер полюса.

Полюса функции передачи:

p1=

p2=

p3=

p4=

H1=p4 + 2p2 + 1

H2=p4 + 2.8284p3 + 5.999p2 + 2.8284p + 2

g(t)=

Рис 7. График импульсной характеристики цепи.

5.2
Переходная характеристика цепи.

Связь между импульсной и переходной характеристиками:

Получаем график:

Рис 8. График переходной характеристики цепи.

Для наглядности и сравнения приведем оба графика в одной системе координат:

Рис 9. Графики переходной и импульсной характеристик цепи.


Заключение

В ходе работы были проведены все необходимые вычисления и по полученным результатам можно сделать выводы:

1. Данный фильтр является полосно-задерживающим или режекторным. Об этом наглядно свидетельствует график АЧХ.

2. Цепь является устойчивой, т.к. в правой полуплоскости нет полюсов. Действительные части полюсов отрицательные, следовательно, все процессы затухают.

3. Цепь является минимально-фазовой, т.к. нули в правой полуплоскости отсутствуют.

4. Все свободные процессы в цепи затухают - это видно из графика переходной характеристики.

5. Крутизна среза S=70 дБ/дек, время задержки сигнала 

У таких фильтров, чем резче разграничиваются друг от друга полосы непропускания, тем больше фильтрующее действие фильтра, тем больше его избирательность, тем лучше частотная характеристика фильтра - кривая зависимости тока через фильтр или его затухания от частоты. В случае идеального режекторного фильтра частотная характеристика имела бы вид прямоугольника.


Литература

1. Коровин, В.М. Анализ линейных цепей с применением микрокалькуляторов: учебное пособие к курсовой работе. /В.М. Коровин - Челябинск: ЧПИ, 1988.

2. Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к оформлению. СТП ЮУрГУ 04-2001/Составители: Сырейщикова Н.В., Гузеев В.И., Сурков И.В., Винокурова Л.В., - Челябинск: ЮУрГУ, 2001.

3. Матханов, П.Н. Основы анализа электрических цепей: линейные цепи./П.Н. Матханов. - М: «Высшая школа», 1981.

4. Коровин, В.М. Схемотехническое проектирование. Теоретические основы: учебное пособие. Ч.2. / В.М. Коровин. - Челябинск: ЧГТУ, 1993.

5. Попов, В.П. Основы теории цепей./В.П. Попов. - Москва: «Высшая школа», 2003.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22330. Пошук в мережі 37 KB
  Загальний доступ до дисків Коли ви надаєте загальний доступ до диска ви дозволяєте іншим користувачам працювати з його вмістом по мережі. Клацніть правою кнопкою миші на значку диска до якого вирішили надати загальний доступ і виберіть команду Доступ з контекстного меню що з'явилося. На екрані відобразиться діалогове вікно властивостей диска з вибраною вкладкою Доступ. В діалоговому вікні властивостей жорсткого диска виберіть перемикач Загальний доступ.
22331. Адреса и указатели. Операции получения адреса и косвенной адресации. Отождествление массивов и указателей. Адресная арифметика 46.5 KB
  Динамическое выделение памяти под массивы. АДРЕСА И УКАЗАТЕЛИ Во время выполнения всякой программы используемые ею данные размещаются в оперативной памяти ЭВМ причем каждому элементу данных ставится в соответствие его индивидуальный адрес. При реализации многих алгоритмов и представлении сложных логических структур данных часто оказывается полезной возможность непосредственной работы с адресами памяти. Действительно поскольку соседние элементы массива располагаются в смежных ячейках памяти то для перехода от одного его...
22332. Функции в языке Си. Формальные и фактические параметры. Механизм передачи параметров. Возвращаемые значения. Использование указателей в качестве аргументов функций 44.5 KB
  ФУНКЦИИ В ЯЗЫКЕ СИ. Каждая из них в свою очередь есть независимый набор описаний и операторов заключенных между заголовком функции и ее концом. Все объекты определенные в теле функции ограниченном открывающей и закрывающей фигурными скобками являются локальными для этой функции в смысле области видимости и времени существования.
22333. Ввод и вывод в языке Си: общие концепции. Файлы данных и каталоги файлов. Внутренняя организация и типы файлов 76 KB
  h main { FILE stream; if stream = fopen data r == NULL printf Ошибка при открытии файла ; } Имя функции и назначение: fclose закрывает файл предварительно открытый для ввода вывода потоком Формат и описание аргументов: int fclosestream FILE stream; Указатель на открытый файл Возвращаемое значение равно нулю при нормальном завершении операции и EOF в случае возникновения ошибки.h...
22334. Общая структура программы на языке Си. Время существования и видимость переменных. Блоки. Классы памяти. Автоматические, внешние, статические и регистровые переменные. Рекурсивные функции. Реализация рекурсивных алгоритмов 51.5 KB
  ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ СИ. Та функция с которой начинается выполнение программы называется главной функцией. Она по существу является входной точкой программы и должна иметь предопределенное имя main.
22335. Структуры в языке Си: основные понятия. Массивы структур. Указатели на структуры. Вложение структур. Структуры и функции. Объединения. Перечисления. Определение и использование новых типов данных. Классы имен 45 KB
  Указатели на структуры. Структуры и функции. СТРУКТУРЫ В ЯЗЫКЕ СИ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ При решении задач вычислительной математики информационного обеспечения и системного программирования очень часто приходится сталкиваться с наборами данных имеющими достаточно сложную логическую организацию.
22336. Язык Си: историческая справка, общая характеристика, основные достоинства. Подготовка к выполнению и выполнение программ в операционной среде MS DOS. Элементы языка Си: множество символов, ключевые слова, константы и переменные, операции и операторы 35.5 KB
  В языке Си имеется большой набор управляющих конструкций для реализации циклических и разветвленных алгоритмов средства для блочного и модульного программирования а также возможность гибкого управления процессом выполнения программы. В заключение перечислим некоторые основные свойства языка Си: широкий набор управляющих конструкций для организации циклов и условных переходов обеспечивающих возможность написания гибких и хорошо структурированных программ; большой набор операторов и операций многие из...
22337. Понятие типа данных. Переменные и константы. Основные типы данных в языке Си: общая характеристика, машинное представление, описание данных в программе. Числовые, символьные и строковые константы 44 KB
  Арифметические операции и арифметические выражения. Операции отношения логические операции и логические выражения. Понятие типа включает в себя следующую информацию об элементе данных: допустимый набор значений которые объект этого типа может принимать в процессе работы программы совокупность всех указанных значений мы будем называть областью определения типа; состав операций которые разрешено выполнять над объектами данного типа; способ представления элемента данных рассматриваемого типа в памяти машины; ...