Расчет и анализ параметров непрерывного, дискретного сигналов
Цели
1.1В ходе выполнения работы студенты осваивают:
1.1.1Общие компетенции:
ОК2 Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество
ОК4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития
1.2.1 Осваивают умения:
- различать непрерывные и дискретные сигналы и их параметры
Данные умения направлены на освоение умений, предусмотренных федеральным государственным образовательным стандартом:
- использовать законы электротехники в практической деятельности техников
1.2.2 Усваивают знания:
- основных характеристик, параметров электрических цепей при гармоническом воздействии в установившемся режиме;
- непрерывные и дискретные сигналы;
- спектр дискретного сигнала и его анализ
Данные знания направлены на усвоение знаний Федерального Государственного Образовательного Стандарта:
- теоретические основы электротехники;
- методы измерения электрических параметров и характеристик
Оборудование, дидактическое обеспечение
2.1 Методические рекомендации по выполнению работы (Приложение А)
2.2 Формуляр отчета по самостоятельной работе 6 (Приложение Б)
3 Форма организации - индивидуальная
Инструктаж
4.1 При выполнении работы следует повторить тему 3.3: «Нелинейные электрические цепи»
4.2. Отчет по самостоятельной работе оформляется согласно образцу отчета
(Приложение Б)
4.3 Сдать отчет на проверку преподавателю
4.4 Время выполнения – 90 мин.
Порядок выполнения
5.1Ознакомьтесь с темой 3.3: «Нелинейные электрические цепи»
5.2Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению работы по теме: «Нелинейные электрические цепи» согласно указаниям приложения А
5.3. Используя Приложение А составьте таблицу по образцу представленному в Приложении Б
5.4Систематизировать знания по теме: «Расчет и анализ параметров непрерывного, дискретного сигналов » в виде таблицы Б1, в которую записать определения и основные расчетные соотношенияпредставленной в приложении согласно образцу отчета (Приложение Б)
5.5 Расчет параметров нелинейных электрических цепей следует внести в колонку 3 таблицы Б1 приложения Б
5.6 Выучить свойства нелинейных электрических цепей используя таблицу Б1 (Приложения Б)
5.7 Сделайте выводы по выполненной работе
5.8 Сдайте преподавателю отчет по самостоятельной работе
 |
6 Методические рекомендации -Приложение А
7 Форма отчета – формуляр отчета в приложении Б
Контрольные вопросы
8.1Дайте определение термина:
- сигнал;
- электрический импульс
- фронт, срез, основание и вершина импульса
- амплитуда импульса
- длительность: импульса, фронта, среза
- завал(выброс) вершины
- выброс после окончания действия импульса
- импульсная последовательность
- периодическая последовательность
- период повторения импульсов
- частота повторения импульсов
- скважность импульсов
- меандр
- перепады напряжения
8.2 Перечислите особенности аналоговой, цифровой формы представления информации
Критерии оценок
9.1 «Отлично» - правильная запись условия задачи, рациональный вариант решения, верное указание размерностей промежуточных и окончательных результатов, рациональное выполнение проверки
9.2 «Хорошо» - правильная запись условия задачи, верный, но не рациональный вариант решения, отсутствие размерностей, незначительные ошибки в определении параметров.
9.3 «Удовлетворительно» - правильная запись условия, наличие ошибок в определении параметров или невыполнение задания по двум параметрам.
9.4 «Неудовлетворительно» - грубые ошибки или невыполнение задания по трем и более параметрам
ПриложениеА
Расчет и анализ параметров непрерывного, дискретного сигналов
Непрерывные и дискретные сигналы применяются в системах радио, проводной связи, в электронно - вычислительной технике, в микропроцессорных устройствах и системах станков с ЧПУ. К таким сигналам относятся т.н: синусоидальные, пульсирующие, модулированные и импульсные.
Синусоидальные, как известно, разделяются на однофазные и трехфазные, многофазные. Пульсирующие сигналы подразделяют как однополупериодные и двухполупериодные. Модулированные сигналы, предназначенные для передачи информации. Импульсные сигналы бывают: прямоугольные, трапецеидальные, пилообразные, дифференцированные и интегрированные и перепады. Каждый из приведенных типов сигналов имеет свою: форму, параметры и расчет.
Форма и параметры однофазных сигналов изучены ранее (см. таблицуА1). Пульсирующие однополупериодные сигналы это сигналы одной положительной полярности протекающие в течение половины периода. Пульсирующие двухполупериодные сигналы одной положительной полярности протекающие дважды в течение всего периода. Оба типа сигналов используют в качестве выпрямительных устройств в компьютерной технике.
Модуляция это изменение параметров сигнала переносящего информацию в соответствии с передаваемым сигналом. Амплитудная модуляция это воздействие сигнала низкой частоты (НЧ) на переменный ток высокой (ВЧ), при котором амплитуда (Iм) переменного тока высокой (ВЧ) изменяется по закону переменного тока низкой частоты (НЧ). Модулированный по амплитуде сигнал можно представить как линейчатый спектр частот (f0-F), f0, (f0+F), поэтому станция излучающая амплитудно - модулированный сигнал занимает полосу частот девять кГц. Коэффициент (глубина) модуляции (М) это степень воздействия модулирующего тока на ток несущей частоты.
Дифференцированный сигнал получается при подаче на вход дифференцирующей цепи (ДЦ) с активным сопротивлением и емкостью (RC) реального трапецеидального импульса. В дифференцирующей цепи емкость (С) включают последовательно с нагрузкой (Rн), активное сопротивление (R) параллельно нагрузке.Интегрированный сигнал возникает при подаче на вход интегрирующей цепи (ИЦ) с активным сопротивлением и емкостью (RC) прямоугольных импульсов.В интегрирующей цепи емкость (С) включают параллельно нагрузке, активное сопротивление (R) последовательно с нагрузкой (Rн) .
В системах радио и проводной связи, телевидения, электронно-вычислительной технике, системах станков с ЧПУ, микропроцессорных устройствах применяются импульсные устройства.
В этих устройствах применяются два вида электрических сигналов:
1. Импульсы
2. Перепады напряжения и тока
Электрическим импульсом называют отклонение напряжение и тока от первоначального значения в течение короткого промежутка времени.
Коротким импульсом времени считается отрезок ( интервал) времени соизмеримой с длительностью переходных процессов в устройстве.
Французским физиком и математиком Ж.Фурье доказана теорема ,согласно которой любое изменение во времени периодической функции можно представить (аппроксимровать) в виде конечной или бесконечной суммы ряда гармонических колебаний (гармоник) с разными амплитудами, частотами и начальными фазами. В системах радио и проводной связи, телевидения, электронно-вычислительной технике, системах станков с ЧПУ, микропроцессорных устройствах этой функцией могут быть:ток или напряжение в некоторой электрической цепи. Фурье доказал ,что периодическая кривая, это сумма двух синусоид равной амплитуды но разных частот и начальных фаз: основной U1 ( t ) – первой гармоники и удвоенной U2 ( t ) по отношению к ней частоты.
Кроме того Ж.Фурье доказал, что непериодические ( импульсные сигналы) можно описать в виде двух преобразований – прямого и обратного. Периодический сигнал сложной формы можно представить в виде спектра гармонических составляющих графически:
- по оси абсцисс откладывать обозначение частот;
- по оси ординат откладывать величины амплитуд гармоник;
Автоматическое разложение спектра сигнала осуществляется анализаторами спектра.В системах радио и проводной связи, телевидения, электронно-вычислительной технике, системах станков с ЧПУ, микропроцессорных устройствах применяются импульсные устройства.
В этих устройствах применяются два вида электрических сигналов:
1. Импульсы
2. Перепады напряжения и тока
Электрическим импульсом называют отклонение напряжение и тока от первоначального значения в течение короткого промежутка времени.
Коротким импульсом времени считается отрезок ( интервал) времени соизмеримой с длительностью переходных процессов в устройстве.
|
Рис А1
Основные типы импульсов, которые можно представить в виде суммы элементарных напряжений трех форм:
1. скачкообразной
2. линейно - изменяющейся
|
1. Экспоненциальной
1.
2.
3.
|
Рис.А2
Рисунок А3
|
Рис.А4
Вывод:
· если ТФ = ТС форма импульса приближается к прямоугольной
· параметры реального импульса определяется параметрами цепи
Так например для фильтров:
СФ Þ tn=RН*СФ
LФ Þ tn = LФ/ RН
Терминологию импульсов рассмотрим на примерах идеальных импульсов:
прямоугольного - Рис.А5 трапецеидального - Рис.А6
|
|
 |
Рис.А5
Рис.А6
a, b, - фронтальный импульс,на котором происходит отклонения напряжения от исходного значения
c, d - срезовый импульс,на котором напряжение возвращается к исходному уровню
b, c - вершина импульса
a, d - основание импульса
Вывод:
· время импульса (не прямоугольной формы) зависит от тока и напряжения при котором она определяется
· в прямоугольном импульсе tи=bc=ad
Условно принято считать:
· tИ определять на уровнях
| от основания импульса |
· 0,9 UМ
· 0,1 UМ
· называть уровнями соответственно:0 ,1
|
Рис.А7
Характеристики импульсных сигналов
|
Разнополярные импульсы – Рис.А8
Импульсная последовательность называется периодической (Рис.А9), если мгновенные значения ее повторяются через равные промежутки времени.
|
Рис.А9
 |
· Т- период повторение импульса
· f=1/Т частота (повторения) следования импульсов, величина обратная Т
· tПАУЗЫ часть периода занимает пауза-нтервал времени между окончанием одного импульса и началом следующего
· g называется коэффициентом заполнения g<1 (величина безразмерная)
· скважность импульсов
· Q = 1/ g =T/tn
при Т/t=2 периодической последовательности прямоугольных импульсов называют меандром.
Перепады
Перепад- быстрые изменения напряжения между двумя уровнями (потенциальный сигнал)
Положительный перепад (tф)-если напряжение изменяется от U0(низкого) до U1(высокого).
|
Отрицательный перепад(tc)- если напряжение изменяется от U1(высокого) до U0(низкого).
Рис.А10
|
Рис.А11
· Um-
амплитуда. Это разность уровней напряяжений (U) до и после перепада;
· длительность фронта tф+ перепада. Характеризует время изменения напряжения (U) от одного уровня до другого;
· tс- длительность среза ;
· скачком называется перепад, U длительность которого tф=0
|
Рис.А12
Рис.А13
Вывод: периодически повторяющиеся положительные или отрицательные перепады образуют U прямоугольной формы.