Методы исследования нелинейных цепей.

1. Метод кратных аргументов основан на аппроксимации ВАХ с помощью
полинома.

2. Метод угла отсечки( метод Берга) основан на аппроксимации ВАХ
отрезком прямых.

3. Метод трех или пяти ординат используется, в основном при
графических расчетах

Метод кратных аргументов.

Исследуем с помощью этого метода преобразователь частоты.

Аппроксимация ВАХ нелинейных элементов с помощью полинома

второй степени

Преобразование частоты является нелинейным процессом, т.к. на вход

нелинейного элемента подается две частоты, а на выходе появляются

комбинационные частоты. Из всех полученных частот с помощью

фильтра, выделяется одна комбинационная частота т.е применяется верхняя настройка гетеродина. Преобразователи частоты используются в супергетеродинных приемниках для понижения несущей частоты без изменения формы сигнала.

На вход преобразователя действует и сумма сигналов гетеродина.

U=Uc+Ur

Uc=Ucmcos

Ur=Urmcos t

Фильтр выделяет , а все остальные частоты

подавляет.

Умножитель частоты на варакторе.

Умножение частоты имеет своей целью выделение из отклика второй

или третьей гармоники в зависимости от того во сколько раз надо

увеличить несущую частоту. Умножение больше чем в четыре не

применяется, т.к. амплитуды высших гармоник малы, т.к. в спектре

отклика появляются новые гармоники, то умножение частоты является нелинейным процессом и может осуществиться с помощью нелинейного элемента, например диода. Исследовать отклик можно с помощью метода углов отсечки. Нелинейная ВАХ заменяется кусочно-линейной функцией. Uo - напряжение отсечки, Е - напряжение смещения. В зависимости от величины Е изменяется угол отсечки. Углом отсечки называется половина времени существования импульса отклика. Амплитуда импульса - отклика зависит не только от Е, но и от величины Um. Импульсы отклика в соответствии с разложением в ряд Фурье представляет собой сумму гармоник. Весовая стоимость каждой гармоники в разложении определяется с помощью коэффициента Берга. По графикам зависимостей γ(θ) и α(θ) можно определить оптимальный угол отсечки, при котором требуемая гармоника обладает наибольшей амплитудой

При умножении частоты на варакторе используется нелинейная ВАХ, которая объясняется тем, что емкость р-n перехода нелинейно зависит от напряжения смещения. Выделяется требуемая гармоника с помощью

резонансного контура, последовательного или параллельного. Входной контур должен быть точно настроен на первую гармонику, иначе появятся при умножении частоты мешающие гармоники. Выходной фильтр настроен на вторую или третью гармоники, он должен подавлять все остальные гармоники.

Амплитудный модулятор.

Амплитудная модуляция является нелинейным процессом, т.к. на выходе усилителя мощности работающего в нелинейном режиме, появляются новые гармоники. Перемножение sinot и sinAt приводит к

появлению в спектре сигнала новых гармоник.

Uc=Ucmsinωt

Uynp=UmynpsinΔt

Uam=Ucm(1+msinΔt)sinωt=Ucrnsinωt+1/2Ucmmsin(ω+Δ)t+1/2Ucmmsin(ω-Δ)t Полоса пропускания избирательной системы одиночного колебательного контура должна быть такой, чтобы проходили обе боковые составляющие. Обычно управляющий сигнал имеет сложную форму и спектр AM сигнала содержит две боковые гармоники.

AM является нелинейным процессом, напряжение сдвига должно обеспечивать сдвиг рабочей точки в нелинейную область, тогда на выходе получаем отклик в виде последовательности импульсов, амплитуда которых изменяется по закону управляющего сигнала. Первоначальное смещение рабочей точки обеспечивается постоянным напряжением Ео. При подаче на базу транзистора НЧ управляющего сигнала, рабочая точка начинает перемещаться по закону управляющего сигнала, следовательно и амплитуда изменяется по закону управляющего сигнала. Такая модуляция называется модуляцией смещения.

Если амплитуда ВЧ сигнала постоянна, то зависимость амплитуды первой гармоники от Ео называемое модуляционной характеристикой должна быть линейна. Модуляциооную характеристику используют для исследования процесса модуляции, т.к. появление нелинейных искажений огибающей может исказить вид сигнала.

Частотный модулятор.

При частотной модуляции по закону передаваемого сообщения изменяется частота колебаний автогенератора. Элемент управляющий изменением частоты должен быть подключен параллельно контуру АГ.

ЧМ осуществляется в АГ, в то время как AM в выходном усилителе мощности. При подаче на варикап переменного напряжения управляющего сигнала емкость варикапа подключенная параллельно емкости контура, следовательно частота изменяется по Дроссель включенный в цепи питания варикапа представляет большое сопротивление для ВЧ колебаний АГ, поэтому ВЧ сигнал не проходит через трансформатор, через который подается НЧ сигнал. В то же время малая емкость С2 не создает сопротивления для колебаний ВЧ, поэтому по высокой частоте контур и варикап соединены параллельно. Сопротивление емкости С2 велико, поэтому колебания НЧ не проходят в контур и контур не шунтируется через трансформатор и Ео.

Фазовый модулятор.

ФМ в отличии от ЧМ осуществляется в промежуточных каскадах передатчика. По закону передаваемого сообщения изменяется реактивный параметр сопротивления подключенного параллельно колебательному контуру промежуточного каскада( усилитель мощности). Фаза изменяется в зависимости от изменения частоты. ФЧХ смещается вправо или влево в зависимости от увеличения или уменьшения начального смещения ф₀.

Структурная схема РПДУ

Колебания ВЧ и СВЧ генерируются задающим генератором, который представляет собой
автогенератор высокостабильный частоты. Автогенератор может создавать колебания, совпадающие по частоте с выходными или ниже чем требуемая излучаемая частота. Промежуточные каскады содержат умножители частоты и усилители мощности. Они применяются для умножения частоты, если частота генератора меньше чем требуемая частота передатчика. Умножение частоты более чем на 3 в одном каскаде не используется (умножение более чем на 3 не эффективно), поэтому применяется многокаскадное умножение частоты. Промежуточный каскад защищает автогенератор от воздействия антенны. Эта защита выражается в том, что автогенератор и антенна работают на разных частотах и не оказывают влияния друг на друга. Выходные каскады нагружены на антенну. В них осуществляется наибольшее усиление по мощности. Обычно стремятся сделать эти каскады на лампах (лампы обеспечивают наибольшую выходную мощность).

В зависимости от применяемого вида модуляции она (модуляция) осуществляется в автогенераторе (ЧМ), промежуточных каскадах (ФМ), выходных каскадах (АМ). ЧМ осуществляется в автогенераторе так, как она заключается в изменении частоты, при этом в автогенераторе нельзя применять кварцевые стабилизаторы частоты.

Частотная, фазовая и импульсная модуляция являются более помехозащищенными видами модуляции, по сравнению с амплитудной т. к. большинство помех носит амплитудный характер. ЧИМ, ЧМ, ФМ требуют широкой полосы пропускания, поэтому применяются в диапазонах КВ и УКВ.