Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інструкція до лабораторної роботи № 1
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Управління інформацією
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2010
Тип роботи:
Інструкція до лабораторної роботи
Предмет:
Сигнали і процеси
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
ДОСЛІДЖЕННЯ РІЗНИХ ТИПІВ СИГНАЛІВ
Інструкція до лабораторної роботи № 1
з навчальної дисципліни: “ Основи теорії кіл, сигнали та процеси в системах технічного захисту, частина 2”, “Основи теорії кіл, сигнали та процеси в комп’ютерних системах та мережах, частина 2”.
для студентів базового напрямків
6.170102 “Системи технічного захисту інформації”,
6.170103 “Управління інформаційною безпекою”.
Затверджено
на засіданні кафедри
(Захист інформації(
Протокол № від 2010 р.
Львів – 2010
Дослідження різних типів сигналів: Інструкція до лабораторної роботи №1 з дисципліни: “ Основи теорії кіл, сигнали та процеси в системах технічного захисту, частина 2”, “ Основи теорії кіл, сигнали та процеси в комп’ютерних системах та мережах, частина 2” / Укл.: Максимович В.М., Собчук І.С. , ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2010. ( с.
Укладач д.т.н., проф., Максимович В.М., Собчук І.С., к.ф.-м.н., доц.
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т. н., проф.
Рецензенти:
МЕТА РОБОТИ
Ознайомитися з основними параметрами і характеристиками різних типів сигналів.
ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
Електричним сигналом S(t) називають зміну електричного заряду, струму або напруги в часі.
Розрізняють наступні види сигналів:
1. сигнали, довільні по величині і безперервні в часі. Сюди відносять аналогові сигнали (без розривів) і континуальні сигнали (з розривами) ;
2. сигнали довільні по величині і дискретні в часі (дискретні сигнали) ;
S(t)
3. сигнали квантовані по величині і безперервні в часі (квантовані сигнали );
4. сигнали, квантовані по величині і дискретні в часі (цифрові сигнали ) ;
Рис.1. Різні види сигналів: аналогові, дискретні, квантовані та цифрові.
Усі чотири різновиди сигналів називаються детермінованими, якщо миттєве значення сигналу можна заздалегідь передбачити у будь-який момент часу з вірогідністю 1, тобто абсолютно достовірно. До таких сигналів відносяться, в основному, керуючі і коливальні сигнали. Якщо ж миттєве значення сигналу наперед невідоме і може бути передбачене з вірогідністю < 1, то такі сигнали називаються випадковими. Як правило, усі інформаційні коливання є випадковими. Сюди можуть бути віднесений всі чотири різновиди сигналів див. рис.1.
До випадкових сигналів також відносять шумові коливання, що є суперпозицією різних випадкових сигналів.
Для опису детермінованих сигналів використовують амплітудний-часові характеристики і представлення у вигляді суперпозиції простих коливань.
Для опису випадкових сигналів застосовують методи теорії ймовірності і математичної статистики; випадкові сигнали моделюють детермінованими сигналами.
Розглянемо графік залежності напруги від часу, що є прямокутним імпульсом з різними відхиленнями від ідеальної форми.
Рис.2. Імпульс ідеальної форми. Імпульс реальної форми.
Um- амплітуда імпульсу ;
Uср- середня амплітуда імпульсу ;
UВ1- викид фронту ;
UВ2- викид зрізу ;
(і- тривалість імпульсу ;
(ф- тривалість фронту ;
(ср- тривалість зрізу ;
(в- тривалість вершини .
Для сигналів іншої форми можуть додаватися або виключатися деякі параметри.
Окрім сигналів у вигляді одиночних імпульсів широко застосовуються періодичні сигнали рис.3. В цьому випадку до розглянутих вище параметрів додається період повторення сигналу Т, або частота повторення F= 1/T або (=2(F.
Крім того, часто використовується узагальнений параметр періодичної послідовності імпульсів, який називають шпаруватістю : Q=T/(і або коефіцієнт заповнення, який визначається як Kзап=1/Q.
Рис.3. Періодичний сигнал.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Синтезувати схему рис.4.а), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1(pulse source), яке дає можливість генерувати різні сигнали.
За допомогою системи моделювання перехідних процесів(рис.11) отримати сигнали: дискретний, імпульсний, пилкоподібний, прямокутний та трикутний(рис.7), використовуючи параметри, які пропонуються по замочуванню.
За допомогою системи моделювання перехідних процесів отримати сигнали: імпульсний та прямокутний, використовуючи такі параметри(рис.11 ).
Різні типи сигналів(дискретний, імпульсний, пилкоподібний, прямокутний та трикутний), а також імпульсний та прямокутний сигнали(див. пункт 3) зафіксувати і подати у звіт, а також визначити параметри: vzero, vone, p1, p2, p3, p4, p5.
Синтезувати схему рис.4.б), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1(Sine source ), яке дає можливість генерувати різні гармонічні сигнали.
За допомогою системи моделювання перехідних процесів(рис.11) отримати різні синусоїдальні сигнали(1MHZ, 3PHASEA, ..)(рис.7), використовуючи параметри, які пропонуються по замочуванню.
Різні типи синусоїдальних сигналів зафіксувати і подати у звіт, а також визначити параметри див.табл.3.
а) б)
Рис.4. Джерела сигналів: а)залежний від часу , б) синусоїдальної напруги .
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
Після виклику программы МС подвійним клацком на її піктограмі на екрані появиться основне вікно програми, зверху якого розміщена стрічка системного меню, в якій розміщені імена режимів Файл, Редактирование, Компоненты, Окна, Опции, Анализ, Dynamic DC, Создание, Помощь (рис.5). Нижче цієї стрічки розміщені панелі інструментів з піктограмами кнопок команд. Тут і надалі для зручності користувача програми для виклику команди будуть даватись 3 рівноцінних варіанти: за допомогою команди меню, гарячої клавіші та кнопки панелі інструментів.
Завантаження схеми. Спочатку курсором вибирається режим Файл . По команді Новый... пропонується зробити вибір:
Схема — створення нового креслення схеми, який заноситься у файл з розширенням *.CIR;
SPICE/Text — створення нового текстового файлу з описанням схеми або текстового файлу бібліотеки математичної моделі компонента у форматі SPICE (розширення імені *.СКТ);
Библиотека — створення нового бінарного файлу бібліотек (розширення імені *.LIВ). У цьому файлі розміщуються моделі біполярних транзисторів (BJT), польових транзисторів (JFET), МДН-транзисторів (MOSFET), арсенід-галієвих польових транзисторів (GaAsFET), біполярних транзисторів з ізольоованим затвором (IBGT), діодів (Diode), джерел синусоїдальних сигналів (Sinusoidal), джерел імпульсних сигналів (Pulse), операційних підсилювачів (Ораmр), ліний передачі з втратами (TRN), магнітних сердечників (Core), конденсаторів (Capacitor), індуктивностей (Inductor), резисторів (Resistor), ключів, що управляються напругою (S) та струмом (W).
MDL — параметри математичних моделей окремих компонентів у форматі МС (ці файли створюються за допомогою програми MODEL);
Вибираємо тип файлів Схема і задаємо ім’я файлу student_1.CIR. Екран на рис.5 розділений на дві частини вибором в меню Окно команди Разделить по горизонтали, щоб у нижньому вікні продивитись (і за необхідністю відредагувати) тексти математичних моделей компонентів схеми. Показ номерів вузлів схеми може бути включений/виключений натисненням на піктограму .
Вибір елементів та синтез схеми. Перед початком створення схеми рекомендується нанести на пустий екран координатну сітку. Для цього необхідно натиснути на піктограму , яка знаходиться в рядку інструментів рис.5. Елементи в схему можна вибирати двома способами:
за допомогою панелі інструментів , щоб вибрати елемент, наприклад резистор, необхідно навести курсор на піктограму і лівою кнопкою миші клацнути по ній, після чого можна розміщати резистор у будь-якому місці робочого вікна;
вибрати у рядку інструментів Компоненты, відриється вікно у якому вибирають елементи, наприклад транзистор, і розміщають у будь-якому місці робочого вікна. Інструменти Компоненты/Analog Primitives дозволяють вибрати джерела живлення рис.6.
Після вибору елемента і фіксації його в робочому вікні відкривається вікно у якому потрібно вказати технічні параметри вибраного елемента, наприклад для резисторів та конденсаторів задають номер елемента(R1, R2, C1, C2…) і його номінал(2к або 1u(див.табл.1) відповідно два кілооми і одна мікрофарада). Номінали пасивних елементів можна задавати по різному, наприклад опір резистора 1,5 Мом можна записати так: 1.5 MEG, 1.5 meg, 1500K, 1500000, 1.5Е6 або ємність конденсатора 1мкФ – 1U, 1uF, 0.000001, 1Е-6.
Рис.5. Вікно програми Micro-Cap 8.
Рис.6. Вікно вибору Компоненты/Waveform Sources.
Таблиця 1. Буквені позначення дійсних чисел з 10n .
F
10-15
фемто
M
10-3
мілі
P
10-12
піко
K
103
кіло
N
10-9
нано
MEG
106
мега
U
10-6
мікро
G
109
гіга
Якщо після вибору номіналу у робочому вікні не відображаються задані значення, необхідно використати піктограму з набору інструментів.
Pulse source
Sine source
Дискретний сигнал
Імпульсний сигнал
Пилкоподібний сигнал
Прямокутний сигнал
Трикутний сигнал
Синусоїдальний сигнал
Рис.7. Інструменти Компоненты/ Waveform Sources.
Система Micro-Cap8 дає можливість задіяти різні види джерел енергії:
Джерело постійної напруги (Battery) .
Джерело постійного струму (Isource).
Джерело імпульсної напруги (Pulse source)
Параметри моделі джерела імпульсної напруги показані в табл. 2.
Таблиця 2. Параметри моделі джерела імпульсної напруги .
Позначення параметра
Параметр
Розмірність
VZERO
Початкове значення
В
VONE
Максимальне значення
В
Р1
Початок переднього фронту
с
Р2
Початок плоскої вершини імпульсу
с
РЗ
Кінець плоскої вершини імпульсу
с
Р4
Момент досягнення рівня VZERO
с
Р5
Період повторення
с
Рис. 8. Опис імпульсного сигналу в форматі МС8.
Джерело синусоїдальної напруги (Sine source)
Параметри моделі джерела синусоїдальної напруги показані в табл.3, а його форма на рис.9.
Таблица 3. Параметри моделі джерела гармонічного сигналу
Позначення
Параметр
Розмір-ність
F
Частота
Гц
А
Амплітуда
В
DC
Постійна складова
В
РН
Початкова фаза
радіан
RS
Внутрішній опір
Ом
RP
Період повторения затухаючого сигналу
с
TAU
Постійна часу зміни амплітуди сигналу по експоненціальному закону
с
Рис. 9. Синусоїдальний сигнал .
Після вибору джерела енергії, наприклад ,
відривається інформаційне вікно у якому задаються параметри джерела рис.10.
Елементи, нанесені на схему можна повертати на 90○ за допомогою піктограми , робити дзеркальне відображення - , утворювати блоки з фрагментів схеми - .
Нанесені і розміщені елементи з’єднуються за допомогою провідників, які включаються клацанням кнопки миші по піктограмі . Початок провідника відмічається клацанням миші на виводі елемента. Пересуванням миші, при одночасній фіксації лівої клавіші миші, наносимо провідник на креслення.
Рис.10. Визначення атрибутів імпульсного джерела напруги.
Якщо курсор рухається по горизонталі або по вертикалі, то прокладається прямолінійний провідник. Якщо курсор рухається по діагоналі, то утворюється згин під кутом 90○ . Фіксація закінчення провідника відбувається при відпусканні клавіші. Нанесення провідника під довільним кутом виконується натисканням піктограми . Електричне з’єднання позначається на схемі крапкою і утворюється, коли провідник закінчується на середній частині іншого провідника або .
Якщо схема повністю синтезована вставимо та пронумеруємо вузли (наприклад див. рис. 4) за допомогою піктограми , після чого можна переходити аналізу процесів, які проходять у створеній схемі.
Вид аналізу характеристик схеми вказується в меню Анализ:
Якщо необхідно провести аналіз вхідних та вихідних характеристик, наприклад для схеми рис.4. а) виберемо з меню команд Анализ/Переходные процессы. Задамо параметри аналізу рис.11, де діапазон часу – 10 µс, по осі Х(XExpression) задаємо час Т, по осі Y(YExpression) задаємо номери вузлів у яких ми хочемо отримати значення величини сигналу в вольтах(наприклад v(1). Мінімальні та максимальні значення величин по осях X таY(XRange та YRange) при першому запуску рекомендується встановити Auto, оскільки нам невідомо верхня межа значень напруги у заданих вузлах.
Рис.11. Вікно аналіз перехідних процесів.
Після натискання кнопки Запуск ми отримаємо на екрані віртуальні залежності напруги від часу в заданих вузлах схеми. Використавши з панелі інструментів отримаємо значення напруги у будь-якій точці графіка , в даному випадку напруга = 1.4В.
Контрольні запитання та завдання
Визначити електричні сигнали?
Аналоговий сигнал це-?
Дискретний сигнал це-?
Квантований сигнал це-?
Цифровий сигнал це-?
Детермінований сигнал це-?
Випадковий сигнал це-?
Період повторення сигналів?
Чому дорівнює частота сигналу, якщо Т=4нс?
Шпаруватість сигналів визначається як?
Чому дорівнює коефіцієнт заповнення, якщо Q=10?
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Разевиг В.Г. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с., ил.
Кардашов Г.А. Виртуальная електроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств.- М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 260 с., ил.
Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов – 4-е изд. – М.: Радио и связь, 1986. –512с.
Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы( Учебник для вузов. - М.( Высшая школа, 1988.
Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сиrналов: практический подход, 2 e издание. : Пер. с анrл. М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. 992 с. : ил.
Бобало Ю. Я., Мандзій Б. А., Стахів П. Г., Писаренко Л. Д., Якименко Ю. І. Основи теорії електронних кіл; За ред. проф. Ю. Я. Бобала. Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2008. 332 с.
24.01.2013 00:01-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора