Имитационное и аналитическое моделирование преобразователя частоты
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
(она соответствует балансной схеме смесителя), изображена на рис. 2. Из рисунка видно, что в пределах значений аргумента х от минус p до плюс p эта характеристика является четной функцией с монотонно возрастающими крыльями.
В области малых значений аргумента эта функция может быть аппроксимирована параболой:
(x) = 0,5х2 (1.2-6)
которая также изображена на рис. 2.
Рис. 2
Математическая модель (1.2-4) отражает все основные свойства преобразователя частоты и может использоваться для анализа каналов с преобразованием частоты, имеющих ограниченный динамический диапазон.
В приемном тракте на выход фильтра промежуточной частоты (ФПЧ), который включается после преобразователя, проходят лишь те составляющие спектра выходного колебания, которые удовлетворяют неравенству
(1.2-7)
где Df - полоса пропускания ФПЧ. Остальные составляющие спектра существенно ослабляются в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой ФПЧ.
Далее будем рассматривать преобразователь частоты, собранный по кольцевой схеме, когда b1= b2 = b.
В этом случае при моногармоническом входном воздействии амплитудная характеристика описывается выражением
(1.2-8)
Соответственно коэффициент передачи преобразователя частоты К при U1 << DU равен:
. (1.2-9)
Из этого выражения следует, что коэффициент передачи имеет экстремум при
pUг / DU = 1,8.
В случае бигармонического разноуровневого входного воздействия выражение для амплитуды блокируемого сигнала выглядит следующим образом:
(1.2-10)
Соответственно характеристика блокирования описывается уравнением:
(1.2-11)
При бигармоническом равноуровневом воздействии амплитуда интермодуляционного колебания третьего порядка равна
(1.2-12)
Таким образом, зная параметры b и DU можно произвести расчет всех основных характеристик преобразователя частоты.
модель преобразователь частота гетеродин
2. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
На рис. 3 изображена блок-схема для определения характеристик преобразователя частоты посредством имитационного моделирования при бигармоническом входном воздействии (при моногармоническом входном воздействии в случае определения амплитудной характеристики достаточно амплитуду одного из генераторов принять равной нулю).
Рис. 3.
На рисунке 3 обозначено:
Гi - генератор гармонического колебания с частотой fi;i- амплитуда гармонического колебания генератора Гi;
+ - сумматор сигналов;
Г - гетеродин;
Аг - амплитуда колебания гетеродина;г - частота гетеродина;
ПрЧ - преобразователь частоты;
b и DU - параметры, определяющие коэффициент передачи и динамический диапазон преобразователя частоты;
АС - анализатор спектра;max - максимальный номер учитываемой гармоники;
Аm - амплитуда m - ого компонента спектра сигнала на выходе преобразователя частоты (до фильтра промежуточной частоты).
Входные данные модели:
амплитуда первого входного сигнала А1(варьируется);
частота первого входного колебания f1 (например, f1 = 3 Гц);
амплитуда второго входного сигнала А2 (варьируется);
частота второго входного колебания f2 (например, f2 = 5 Гц);
амплитуда колебания гетеродина Аг (варьируется);
b - параметр, определяющий коэффициент передачи преобразователя (например, b = 1);
DU- параметр, определяющий максимально допустимое напряжение на нелинейном элементе, т. е. обусловливающий динамический диапазон преобразователя частоты (например, DU = 10);
Мmax - максимальный номер учитываемой гармоники (например, Mmax = 50).
Выходные данные модели: амплитуды отдельных спектральных составляющих выходного колебания Аm ( 0 m Mmax).
Исследования, которые проводятся с имитационной моделью преобразователя частоты ничем, в принципе, не отличаются от исследований, которые проводились для усилителя с передаточной характеристикой вида
вых = К1Uвх + K2SIN(K3Uвх)
в лабораторной работе 2-5. Как и в случае с усилителем, при исследовании преобразователя необходимо удовлетворять условие ограничения суммарного уровня входных воздействий и колебания гетеродина (-DU < Uвх + Uг < DU), которое обеспечивает соответствие между реальной передаточной характеристикой нелинейного элемента и аппроксимирующей функцией.
. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
3.1Измерение амплитудной характеристики
При моногармоническом входном воздействии на частоте, которая равна разности (или сумме) частот сигнала и гетеродина, измерьте значения амплитуды спектральной составляющей выходного колебания для различных значений амплитуды этого колебания на входе преобразователя частоты. Постройте график амплитудной характеристики для 3-х значений амплитуды колебаний гетеродина Аг.
Исходные данные:
А2 = 0 В ; F1 = 3 Гц ; F2 = 5 Гц ; Fг = 20 Гц ;
Аг = 3 В
Авх, В00,511,522,533,544,555,566,57Авых, В00,65901,30581,92852,51573,05673,54173,96224,31084,58174,77064,87504,89394,82814,6802
Аг = 4 В
Авх, В00,511,522,533,544,555,56Авых, В00,80211,58932,34733,06203,72044,31084,82255,24685,57655,80645,93355,9565
Аг = 5 В
Авх, В00,511,522,533,544,55Авых, В00,88761,75892,59763,38864,11734,77065,33695,80646,17136,4258
Аналитические расчёты
Авх, В0,511,522,533,544,555,566,57Аг = 3 ВАвых, В0,66781,32321,95432,54943,09773,58944,01574,36924,64404,83594,94214,96184,89574,7464Аг = 4 В0,81281,61072,37893,10323,77074,36924,88815,31845,65295,88656,01586,0397Аг = 5 В0,89971,78272,63303,43474,17354,83595,41025,88656,25686,5153
Относительная погрешность
Авх, В0,511,522,533,544