ПРАКТИЧЕСКИЙ КУРС

Расчетно-графическое домашнее задание

Пояснение тематики задания

В учебных программах профильных дисциплин «Измерительная техника, датчики» «Промышленная электроника» и др. для специальностей «Электроснабжение» и «Промышленная электроника в энергетике» предусмотрены самостоятельные работы в форме домашних заданий (ДЗ, часто это также именуется как расчетно-графическая работа — РГР).

С учетом специфики специализаций в курсе приводится материал для таких заданий, способствующий расширению знаний студентов по использованию высоковольтных линий не только для их целевого назначения — передачи энергии, но и для высокочастотной связи по ЛЭП. В настоящее время высокочастотные (ВЧ) каналы по ЛЭП являются основным средством связи в энергосистемах. Их доля в общем объеме каналов связи энергосистем составляет не менее 43 %, причем в ближайшем будущем их ведущая роль сохранится.

В специальных источниках по этой теме отмечается, что обеспечение надежной работы каналов ВЧ-связи по ВЛ, а также систем измерения и контроля параметров ВЧ-тракта является важной задачей, решение которой способствует повышению надежности работы энергосистемы в целом.

В связи с этим в данном курсе освещается методика определения параметров нелинейности усилительных каскадов аппаратуры ВЧ-связи по ЛЭП, имеющих место вследствие опасных нелинейных явлений в усилителе — интермодуляции и блокирования, которые возникают из-за нелинейности передаточной характеристики усилителя и нарушают достоверность принимаемой информации. Интермодуляция — это нелинейный процесс возникновения в полосе пропускания усилителя различных интермодуляционных помех второго с ±/п), третьего (2/с ±/п) и других порядков. Их называют продуктами нелинейного преобразования (ПНП) различных порядков, так как они являются комбинациями из двух, трех и т. д. частот сигналов, одним из которых является полезный сигнал с амплитудой ис и частотой /с, а другим — помеха ИП с частотой /п. При этом наиболее опасны ПНП третьего порядка, так как по частоте они всегда оказываются вблизи полезного сигнала, т. е. в полосе пропускания усилителя, и, следовательно, нарушают достоверность полезной информации. Их оценивают коэффициентом интермодуляционных помех третьего порядка к3. Интермодуляцию вызывают сложные помеховые условия ВЧ-каналов связи по ЛЭП, в которых в широком спектре амплитуд и частот присутствуют сосредоточенные помехи от соседних ВЧ-каналов ВЛ, радиостанций и каналов проводных воздушных линий связи, от экранирования линейных проводов и разрядов по поверхности изоляторов, а также от коммутационных операций в сети и атмосферных разрядов.

Указанные ПНП 3-го порядка в инженерной практике обычно измеряют так называемым двухсигнальным методом, состоящим в том, что на вход усилителя подают два равных сигнала и1 и и2 = и1 с частотами Д и /2, находящимися в полосе пропускания усилителя (см. рис. Л6.2 из раздела лабораторных работ).

На выходе усилителя образуются ПНП третьего порядка с частотами 2/2 - /1 и - /2 и амплитудами иКЗ, оцениваемые коэффициентом интермодуляции к3 и измеряемые непосредственно анализатором спектра в логарифмическом масштабе (в дБ):

где Н3 параметр нелинейности (интермодуляции) 3-го порядка, который соответствует упомянутому коэффициенту к3. Величина Н3 будет определяться в данной работе. Ниже будет показана важность этого параметра, так как вместо многократных измерений коэффициента к3 в широком интервале смещений, определяющих режим усилительного прибора (например, напряжения «затвор-исток» (7ЗИ полевого трагнзистора) достаточно измерить коэффициент усиления Кус в данном интервале, рассчитать его производные и найти с их помощью параметр Н3, который и позволит указать режим смещений максимального ослабления упомянутых ПНП, т. е. минимального к3.

К примеру, на рис. Д.1 показан вид упомянутых составляющих 3-го порядка с частотами 2/2 -/и 2/ - /2 и амплитудами икз, оцениваемыми коэффициентом интермодуляции к3, равным при измерении к3 = -83 дБ (или к3 = 0,0000735 раз, К3(дБ) = 20^к3 (раз):

при воздействии на усилитель двух равных интермодулирующих сигналов с амплитудами и1 = и2 = ис = 0,14 В (с действующими значениями по 100 мВ).

Опасность другого вида нелинейности — блокирования малого полезного сигнала помехой большого уровня — состоит в том, что под действием мощной помехи, которая может находиться дажедалеко за полосой пропускания усилителя, происходит изменение усиления, которое иногда превышает допустимые пределы (по нормативам не более ±20 %).

Рис. Д.1. Вид интермодулирующих = и2 и интермодуляционных икз составляющих на экране анализатора спектра

Разница в измерении данного коэффициента от предыдущего состоит в том, что один из генераторов на рис. Л6.2 настраивается на частоту помехи, а затем измеряется коэффициент усиления как без помехи, так и с помехой, и производится расчет по их соотношению. Степень блокирования обл также рассчитывается теоретически.

Эти нелинейные явления имеют место во всех усилительных и преобразовательных каскадах любой радиоэлектронной аппаратуры, и вопросы, связанные с борьбой с помехами и информационной надежностью профессиональной и другой аппаратуры, являются одной из важных составных частей так называемой проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных, энергетических и других информационных средств.

В связи с этим в рамках дисциплины «Датчики и измерительная техника в электроэнергетике» приводится методика измерения и определения вышеупомянутых нелинейных явлений: интермодуляции и блокирования, возникающих в усилителе при воздействии на него различного уровня помех. Схема типового усилителя с различными типами полевых транзисторов, отраженных для каждого варианта, приведена ниже (см. далее типовой пример выполнения задания).

В каждом варианте задания будет задан аппроксимирующий полином, со-ответствуюший зависимости коэффициента усиления от управляющего напряжения смещения на затворе полевого транзистора в конкретном усилителе.

Далее студент должен произвести расчет интермодуляционного нелинейного параметра третьего порядка Н3, а также коэффициента блокирования усилителя 5бл и сделать выводы о выборе режима минимальной нелинейности по интермодуляции при допустимом режиме транзистора по блокированию, которое не должно превышать 20 %. Ниже дана методика такого расчета и приведен пример выполнения задания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >