Примерный перечень практических занятий. Методическое пособие
ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Методическое пособие
для студентов заочной формы обучения
Минск 2011
УДК 621. 385 (075. 8)
Р е ц е н з е н т:
доцент каф. СТК БГУИР,
канд.техн. наук С.А. Кореневский
А в т о р :
В.Н.Путилин
Основы радиоэлектроники: Методическое пособие для студ.
заочной формы обучения / В.Н.Путилин– Мн: БГУИР, 2011. – 55 с.: ил.
Пособие содержит теоретический материал, включающий два раздела:
по каждому из которых выполняется контрольная работа.
Представлены рабочая программа, методические указания и контрольные задания. Рекомендуется также студентам радиотехнических специальностей, изучающим дисциплину «Электронные приборы и устройства» и « Техническая электроника»
УДК 621. 385 (075. 8)
© БГУИР, 2011
Содержание
Введение. 4
Общие замечания к выполнению контрольных работ. 5
1. Рабочая программа и методические указания по изучению курса «основы радиоэлектроники». 6
2. Примерный перечень практических занятий. 16
3. Примерный перечень тем лабораторных занятий. 17
5. Методические указания по выполнению контрольной работы№1. 18
6. Контрольная работа № 1. 28
7. Методические указания по выполнению контрольной работы №2. 30
8. Контрольное задание № 2. 52
Введение
Цель курса «Основы радиоэлектроники» состоит в изучении основ теории сигналов, электрических цепей, принципов работы и характеристик полупроводниковых приборов, основ построения аналоговых, импульсных и аналого-цифровых устройств, принципов проектирования радиоэлектронных устройств и систем на базе достижений современной микроэлектроники. Рассматриваются перспективы развития радиоэлектроники, формулируются насущные задачи современных направлений данной области науки и техники.
Изучение дисциплины «Электронные приборы и устройства» должно
опираться на содержание следующих дисциплин: «Высшая математика» (диф-
ференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения,
функции комплексной переменной); «Физика» (электричество, магнетизм,
электромагнитные волны, квантовая физика, физика твердого тела), «Электро-
техника» (теория линейных и нелинейных электрических цепей).
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов.
В результате изучения курса «Электронные приборы и устройства»
студент должен:
· Знать: принципы работы и электрические характеристики
полупроводниковых приборов;
- методы анализа сигналов в типовых линейных и нелинейных цепях;
- принципы построения радиоэлектронных устройств: усилителей –
переменного и постоянного напряжения, мощности, широкополосных
и частотно-избирательных; источников электропитания;
генераторов гармонических колебаний; преобразователей частоты,
модуляторов, детекторов; импульсных устройств – генераторов и
формирователей импульсов;
· уметь:
– использовать полученные знания для правильного выбора
электронного прибора и задания его рабочего режима по постоянному току;
– находить параметры приборов по их характеристикам;
– определять влияние режимов и условий эксплуатации на
параметры приборов;
– выполнять расчет типовых радиоэлектронных схем радиоприемных
устройств, современных радиоэлектронных устройств и систем..
· приобрести навыки работы:
– сэлектронными приборами и аппаратурой, используемой для
исследования характеристик и измерения параметров приборов,
а также радиоэлектронных устройств на их основе;
– с технической литературой, справочниками, стандартами, технической
документацией по электронным приборам.
Общие замечания к выполнению контрольных работ
Целью выполнения контрольных работ является закрепление теоретического материала программы «Основы радиоэлектроники» и приобретение навыков анализа работы электронных приборов, аналоговых и импульсных электронных схем.
Номера вариантов задач контрольных работ определяются двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Каким образом использовать эти цифры указано в условии каждой задачи и в таблицах с вариантами исходных данных. Контрольная работа может быть выполнена в обычной ученической тетради. Она должна быть аккуратно оформлена, разборчиво написана на одной стороне каждого листа, т.е. на правой странице развернутой тетради. Цвет написанного текста должен быть темный (синий, черный или фиолетовый). Левая страница должна быть оставлена чистой.
Эта страница предназначена для внесения студентом исправлений и дополнений по результатам рецензии, что облегчает работу над ошибками самим студентам и рецензенту при повторном рецензировании. Страницы нумеруются. Оставляются поля шириной 3 см. Допускается оформлять контрольную работу с использованием ПЭВМ. В этом случае распечатка выполняется на листах бумаги формата А4 в портретной ориентации с
учетом перечисленных требований. На обложке тетради должен быть наклеен и заполнен адресный бланк, а на первой странице тетради – титульный бланк.
Графики и чертежи выполняются на миллиметровой бумаге с соблюдением правил ЕСКД и ГОСТ. В виде исключения допускается выполнять графики и чертежи непосредственно на клетчатых листах тетради, если размер клетки 5 мм и построения выполнены с точностью, не меньшей, чем на миллиметровой бумаге. Графики, чертежи и рисунки могут быть выполнены карандашом. Все графики, чертежи, рисунки и таблицы должны быть пронумерованы.
Расчетные формулы должны приводиться в тексте работы в общем виде с объяснением буквенных обозначений. Все числовые значения необходимо подставлять в формулы в единицах СИ (вольт, ампер, ом, секунда и т.д.), либо указывать единицы измерения. Результат расчета по каждой формуле должен приводиться с указанием единицы измерения полученной величины (кроме тех случаев, когда рассчитывается безразмерная величина).
Решение задач должно сопровождаться пояснениями по каждому пункту задания. Пояснения могут быть существенно более краткими, чем в приводимых ниже решениях задач, но достаточно полными для описания выполняемых действий.
В конце работы должна быть перечислена литература, использованная при решении задач. В качестве примера оформления списка литературы можно использовать список литературы из настоящих методических указаний. Работа должна быть подписана с указанием даты.
1. Рабочая программа и методические указания по изучению курса «основы радиоэлектроники»
1.1. Задачи и направления радиоэлектроники
Радиоэлектроника как область науки и техники. Основные направления современной радиоэлектроники. Структурная схема радиоканала. Связь частоты сигнала с длиной электромагнитной волны. Диапазоны частот в радиоэлектронике. Объем сигнала и пропускная способность канала связи.
Литература: [1] – с.4-6; [2] – с.5-13; [7] – с. 242-247.
Необходимо ознакомиться с краткой историей развития радиоэлектроники, основными областями ее применения, с задачами, стоящими перед ней и путями их решения. Следует обратить внимание на значение элементной базы в развитии радиоэлектроники. Изучить диапазон частот, используемых в радиоэлектронике, и уметь объяснить назначение узлов функциональной схемы радиоэлектронной системы передачи и приема информации.
Вопросы для самопроверки
1. Приведите краткие сведения из истории развития радиоэлектроники.
2.Зачем нужны высокочастотные электромагнитные колебания и какие основные диапазоны волн используются в радиоэлектронике?
3.Что составляет элементную базу радиоэлектроники и какие изменения произошли при ее развитии?
4.Нарисуйте схему обобщенного радиоэлектронного канала связи.
5.Зачем нужны модуляция и демодуляция?
1.2. Сигналы
Классификация сигналов. Гармонические колебания и их описание. Гармонический анализ периодических и непериодических сигналов. Ряд Фурье. Понятие о спектральной плотности. Интегральные преобразования Фурье. Примеры сигналов со сплошным и дискретным спектрами.
Радиосигналы. Сигналы с амплитудной, угловой и смешанной модуляцией. Ширина спектра радиосигнала. Распределение мощности в спектре. Манипулированные сигналы. Теорема Котельникова. Квантование и дискретизация непрерывных сигналов. Цифровое представление сигнала. Импульсно-модулированные колебания. Случайные сигналы. Их свойства и математическое описание. Основные статистические характеристики случайных сигналов. Корреляционная функция. Понятие о корреляционном анализе. Помехи, их свойства и математическое описание. Основные статистические характеристики случайных процессов.
Литература: [1] – с.434-475; [2] – с.13-35; [4] – с.222-248; [6] – с.38-65,
92-114, 119-127, 142-164.
Передача информации в радиоэлектронике осуществляется с помощью сигналов, которые могут быть периодическими и непериодическими, непрерывными и дискретными, регулярными и случайными. Следует разобраться в определениях и классификации этих сигналов.
При анализе периодических и непериодических сигналов пользуются разложением их по системе тригонометрических функций кратных аргументов (ряд Фурье и преобразования Фурье), которое позволяет связать как сигнал с его спектром, так и спектр с сигналом.
Необходимо изучить спектры периодической последовательности прямоугольных импульсов, одиночного прямоугольного импульса, знать связь между спектральным составом сигнала и его длительностью и частотой повторения, уметь формулировать основные теоремы о спектрах.
Необходимо отметить, что полезные сигналы (речевой, телевизионный, импульсный, радиолокационный), как и белый шум, являются случайными процессами, для описания которых используется аппарат теории вероятностей: плотность вероятностей, математическое ожидание, дисперсия, ковариационная, корреляционная функции. Среднее статистическое значение (математическое ожидание) имеет смысл постоянной составляющей, а дисперсия – средней мощности сигнала (помехи). Для приема сигнала на фоне помех применяется оптимальная фильтрация и корреляционный приемник, в которых отношение сигнал/шум для известного точно сигнала максимально.
Вопросы для самопроверки
1.В какой взаимосвязи находятся понятия информации, сообщения и сигнала?
2.Дайте классификацию сигналов.
3.Как можно описать детерминированный сигнал?
4. Дайте определения периодического и непериодического сигналов?
5. Какие характеристики исчерпывающим образом определяют структуру частотного спектра периодического сигнала?
6. Назовите основные формы записи ряда Фурье.
7. Как изменится спектр периодического сигнала, если период его повторения устремить в бесконечность?
8. Зависит ли ширина спектра последовательности прямоугольных видеоимпульсов от частоты следования этих импульсов?
9. Сформулируйте теорему В.А.Котельникова.
10. Как зависит ширина спектра импульса от его длительности?
11.Назовите основные свойства спектров периодических и непериодических сигналов.
12. Назовите основные свойства стационарного случайного процесса.
13. Каким образом связаны спектральная плотность случайного сигнала и время корреляции?
14. В чем состоит существенное различие спектрального анализа детерминированных и случайных сигналов?
1.3. Линейные радиотехнические цепи
Классификация электрических цепей. Пассивные элементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. Соотношения между токами и напряжениями в этих элементах. Простейшие цепи: делители напряжения и тока, аттенюаторы, трансформаторы.
Особенности анализа линейных цепей при гармоническом воздействии.
Линейная цепь как четырехполюсник. Входное сопротивление, нагрузка и комплексный коэффициент передачи. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики четырехполюсника. Эквивалентные параметры четырехполюсника.
Линейные пассивные фильтры. Фильтры верхних и нижних частот, полосовые и заградительные. Избирательные цепи. Частотные характеристики последовательного и параллельного контуров. Связанные контуры. Современные линейные фильтры, основанные на достижениях микроэлектроники, акустоэлектроники и пр.
Спектральный метод анализа прохождения сигналов через линейные цепи.
Цепи с распределенными параметрами. Бегущие, стоячие и смешанные волны. Режимы холостого хода и короткого замыкания. Использование длинных линий в качестве трансформаторов сопротивлений, колебательных контуров, линий задержки формирователей импульсов. Элементы с распределенными параметрами в микроэлектронике.
Литература: [1] – с.14-76; [2] – с.35-116; [3] – с.8-46; [4] – с.14-30.
При изучении основных понятий радиоэлектронных цепей следует иметь в виду, что комплекс рассматриваемых в радиоэлектронике физических явлений описывается тремя типами дифференциальных уравнений, различающихся по свойствам и способам решения: линейными уравнениями с постоянными коэффициентами; линейными уравнениями с переменными коэффициентами; нелинейными уравнениями.
В соответствии с этими тремя типами уравнений различают линейные, параметрические и нелинейные цепи.
Физически под линейной понимают цепь, параметры которой не изменяются во времени и не зависят от токов и напряжений, действующих в цепи; параметры параметрической цепи также не зависят от токов и напряжений, действующих в этой цепи, но они изменяются во времени; цепь, параметры которой зависят от токов и напряжений, действующих в ней, называется нелинейной. Если линейные размеры линейной цепи соизмеримы с длиной волны действующего в ней сигнала, то такая цепь называется цепью с распределенными параметрами и описывается она линейными дифференциальными уравнениями в частных производных.
Вопросы для самопроверки
1. По какому признаку элементы радиоэлектронных цепей делятся на пассивные и активные?
2. Приведите примеры пассивных радиоэлектронных цепей.
3. Дайте определения воздействия и реакции на воздействие.
4. Если в данной цепи выполняется принцип суперпозиции, то является ли она линейной?
5. Могут ли в линейных системах в процессе преобразования сигнала появиться частоты, отсутствующие во входном сигнале?
6. Почему модели (эквивалентные схемы) дискретных или интегральных пассивных элементов радиоэлектронной цепи могут принимать разный вид в зависимости от частоты действующих в цепи сигналов?
1.4. Полупроводниковые приборы
Классификация полупроводниковых приборов. Полупроводниковые резисторы. Полупроводниковые диоды: классификация, частотные свойства, температурная зависимость.
Режимы работы биполярного транзистора. Коэффициент передачи по току. Вольт-амперные характеристики транзистора. Эквивалентные схемы биполярного транзистора для случаев большого и малого сигналов. Система Н-параметров транзистора в схеме включения с ОЭ. Схемы включения транзистора с ОБ и ОК.
Полевые транзисторы. Классификация, основные характеристики.
Литература: [1] – с.77-123; [2] – с.165-194; [3] – с.46-148; [4] –с.35-72.
Основной задачей изучения этого раздела является изучение физических свойств p-n-перехода и принципа работы диода и транзистора.
Для активного режима работы БТ необходимо уметь объяснить физические процессы формирования токов и уравнения , связывающие токи в БТ. Необходимо уметь использовать схемы замещения и Н-параметры малосигнальной модели биполярного транзистора для анализа работы и ожидаемых параметров в различных схемах включения
Необходимо ознакомиться с классификацией транзисторов по различным признакам и знать систему обозначений в соответствии с ГОСТ. Знать схемы включения транзисторов. Необходимо изучить параметры транзистора и влияние температуры на параметры и характеристики транзисторов.
Вопросы для самопроверки
1.Начертить вольт-амперную характеристику p-n-перехода в области прямых и обратных напряжений. Объяснить, чем обусловлен ток p-n-перехода?
2.Объяснить явление пробоя p-n-перехода с ростом обратного напряжения.
3.Как по вольт-амперной характеристике диода определить его сопротивление постоянному и переменному токам при включении в прямом и обратном направлениях?
4.Объясните причину возникновения обратного тока коллектора?
5. Какие схемы включения транзистора позволяют получить усиление тока?
6.Что представляют собой входные и выходные статические характеристики транзистора, включенные по схеме с общим эмиттером?
7.Как по входным характеристикам транзистора определить его входное сопротивление?
8.Как по выходным характеристикам определить выходное сопротивление и коэффициент усиления по току?
9.Опишите принцип работы полевого транзистора с управляющим переходом.
10.Что представляют собой входные и выходные статические характеристики полевого транзистора, включенного с общим истоком?
1.5. Нелинейные цепи
Особенности анализа сигналов в нелинейных цепях. Описание характеристик нелинейных элементов точными и приближенными (аппроксимирующими) функциями. Аппроксимация характеристик степенными полиномами и кусочно-линейными функциями. Анализ спектров откликов нелинейных элементов при полиномиальной и кусочно-линейной аппроксимациях.
Обогащение спектра сигнала на выходе нелинейного элемента. Режимы преобразования сигнала: умножение частоты; нелинейное усиление; амплитудная модуляция, детектирование, выпрямление, преобразование «вверх» и «вниз».
Литература: [1] – с.381-433; [2] – с.195-211; [3] – с. 444-459.
Следует обратить внимание на то, что задача аппроксимации характеристик нелинейных элементов состоит из двух частей: выбора типа аппроксимирующей функции и определения ее коэффициентов. При анализе нелинейных цепей следует иметь в виду, что успешное его проведение зависит от того, насколько оптимальным оказался выбор типа аппроксимирующей функции применительно к используемому методу гармонического анализа. Необходимо объяснить возможность обогащения спектра сигнала на выходе нелинейного элемента и особенности режимов преобразования сигналов в нелинейных элементах.
Вопросы для самопроверки
1. Чем отличаются графические методы решения нелинейных задач от аналитических?
2. Что понимается под углом отсечки?
3. Приведите примеры применения графических и аналитических методов к решению конкретных нелинейных задач.
4. Какой метод гармонического анализа является оптимальным при аппроксимации характеристик полиномом n-й степени?
5. Какой метод гармонического анализа является оптимальным при аппроксимации характеристик ломаной прямой?
6. Объясните принцип работы параметрического усилителя.
1.6.Усилители слабых сигналов
Назначение, классификация, параметры и характеристики усилителей. Искажения в усилителях. Основная схема усилительного каскада. Методы организации смещения рабочей точки. Методы стабилизации положения рабочей точки. Усилитель переменного напряжения на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Эквивалентные схемы усилительного каскада в области нижних, средних и верхних частот. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя. Влияние паразитных связей на форму АЧХ усилителя. Разброс параметров. Низкочастотная и высокочастотная коррекция АЧХ усилителя. Особенности усилительных каскадов в микроэлектронике. Многокаскадные усилители. Виды межкаскадных связей. Дифференциальный каскад. Операционные усилители (ОУ) и их основные компоненты. Особенности схем интегральных ОУ. Особенности импульсных и избирательных усилителей. Паразитные связи и их влияние на основные параметры устройств. Примеры типовых усилителей на интегральных схемах.
Литература: [1] – с.7-11; [3] – с.215-333; [4] – с.89-127.
Несмотря на большое число возможных представлений зависимостей между токами и напряжениями в транзисторе, для расчета транзисторного усилителя достаточно ограничиться использованием только выходных и входных статических характеристик для включения транзистора, например, с общим эмиттером. При изучении транзистора в схеме усилителя необходимо овладеть методикой построения нагрузочных характеристик на семействах входных и выходных характеристик, необходимо знать физический смысл параметров режима усиления, зависимость параметров усилителя от положения рабочей точки.
Особое внимание рекомендуется уделять вопросам расчетов параметров усилителей с использованием эквивалентных схем. Чаще всего такие усилители являются многокаскадными и поэтому содержат большое число различных деталей, объединенных электрической схемой и конструктивным выполнением в единое устройство.
Вопросы для самопроверки
1. По каким признакам принято проводить классификацию усилителей?
2. Дайте определение основных характеристических параметров усилителя.
3. Назовите основные особенности построения схем операционных усилителей.
4. Какое влияние оказывает отрицательная обратная связь на нелинейные искажения сигнала на выходе усилителя?
5. Приведите примеры операционного усилителя в схемах, реализующих математические операции над сигналами.
6. Приведите примеры использования операционных усилителей в активных RC-фильтрах.
7. Какое влияние оказывает отрицательная обратная связь на коэффициент усиления усилителя и ширину диапазона рабочих частот?
8. Чем объясняется тот факт, что фаза сигнала на выходе усилителя зависит от частоты усиливаемого сигнала?
1.7. Обратные связи в усилителях
Понятие обратной связи в усилителе. Виды обратных связей. Влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителей. Устойчивость усилителей с обратной связью. Критерий Найквиста-Михайлова. Цепи коррекции в усилителях. Широкополосные усилители. Ключевой режим работы усилителя.
Примеры операционных усилителей с обратной связью для реализации вычислительных алгоритмов над аналоговыми сигналами.
Усилители мощности в режиме А, В и С.
Литература: [1] – с.7-11,171-208; [3] – с.215-333; [4] – с.89-127.
При проектировании усилительных устройств большое внимание придается учету влияния обратных связей. Поэтому материал, связанный с изучением обратных связей в четырехполюсниках, часто в пособиях и учебниках излагается в разделе, относящемся к усилителям электрических сигналов. Поэтому можно считать целесообразным изучить влияние обратных связей на характеристики четырехполюсников на примере усилительных схем, работающих в линейном режиме.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите основные факторы, которыми определяется передача сигнала с выхода четырехполюсника на его вход.
2. На какие основные виды можно разделить схемы обратной связи в зависимости от способов соединения четырехполюсников?
3. Что такое положительная, отрицательная и комплексная связь? В каких случаях используется та или другая обратная связь?
4. Сформулируйте понятие "критерий устойчивости".
5. В чем заключается сущность критерия Найквиста?
6. Как практически построить диаграмму, на которой можно проиллюстрировать применение критерия Найквиста?
7. Как влияет цепь обратной связи на входное и выходное сопротивления?
1.8. Усилители большой мощности
Режимы работы усилителей в классах А, В, С и D. Принципы увеличения мощности и КПД. Зависимость энергетических показателей от режима работы усилителя. Способы возбуждения мощных усилителей. Однотактные и двухтактные апериодические усилители мощности. Режимы работы. Выбор рабочей точки. Конструктивные особенности усилителей большой мощности. Отвод тепла, устранение паразитных связей. Влияние разброса параметров элементов на показатели усилителя.
Полосовой усилитель с одиночным резонансным контуром. Применение систем связанных контуров для повышения избирательности полосовых усилителей.
Усилитель импульсных сигналов: характеристика временных искажений.
Зависимость коэффициента полезного действия от коэффициента использования мощности.
Литература: [1] – с.249-280; [3] – с.215-333; [4] – с.89-127; [9]-c. 244-257.
При изучении материала этой темы следует сначала обратить внимание на спектр тока, протекающего через нелинейный усилительный элемент, вольт-амперную характеристику которого можно аппроксимировать ломаной прямой, и убедиться в том, что работа нелинейного элемента с отсечкой тока сопряжена с большими нелинейными искажениями выходного сигнала, хотя к.п.д. усилителя увеличивается с уменьшением угла отсечки.
При угле отсечки, близком к 900, к.п.д. усилителя является достаточно высоким, амплитуды всех нечетных гармонических составляющих входного сигнала, за исключением первой, в спектре выходного сигнала равны нулю. Приходим к выводу, что в результате применения двухтактных схем, устраняющих проявление четных гармоник в нагрузке усилителя, можно сконструировать нелинейный усилитель, не вносящий нелинейных искажений и работающий с достаточно высоким к.п.д.
Вопросы для самопроверки
1. Почему в двухтактном трансформаторном усилителе мощности уменьшаются нелинейные искажения и отсутствует постоянное подмагничивание сердечника трансформатора?
2. Что понимается под углом отсечки?
3. В каких пределах может изменяться величина угла отсечки?
4. Какими способами можно подавать входной сигнал на оконечный двухтактный каскад усилителя мощности?
5. При каких углах отсечки получаются наивыгоднейшие режимы для удвоения, утроения частоты?
6. Почему коэффициент нелинейных искажений в резонансном усилителе мощности меньше, чем в апериодическом?
7. Как влияет на показатели двухтактного усилителя мощности разброс параметров элементов схемы этого усилителя?
1.9. Электронные генераторы
Условия возникновения незатухающих колебаний в устройствах с обратной связью. LC-генераторы с трансформаторной обратной связью. Процесс установления стационарных колебаний в LC-генераторе. Условия стационарного режима: баланс амплитуд и баланс фаз. Метод фазовой плоскости. «Мягкий» и «жесткий» режимы самовозбуждения. Амплитудные и фазовые условия устойчивости стационарного режима. Трехточечные схемы LC-генераторов. Кварцевые генераторы.LC-генераторы на приборах с отрицательным сопротивлением. RC-генераторы. Необходимость введения автоматической регулировки усиления в RC-генераторах. Пример схемы RC-генератора с точной автоматической регулировкой амплитуды генерируемого сигнала.
Литература: [1] – с.281-310; [2] – с.267-281; [4] – с.136-160, [9] - c. 230 – 244.
Рекомендуется хорошо разобраться в физических явлениях, происходящих при самовозбуждении схемы автогенератора, установлении стационарной амплитуды колебаний, «мягкий» и «жесткий» режимы самовозбуждения. Необходимо знать и уметь объяснять особенности применения различных типов генераторов в радиоэлектронных схемах
Вопросы для самопроверки
1. В чем состоят условия баланса фаз и баланса амплитуд в автогенераторе?
2. В каких фазовых соотношениях в транзисторном LC-генераторе находятся напряжение на базе, ток в контуре, коллекторный ток, напряжение на коллекторе?
3. Какими соотношениями определяются условия самовозбуждения схемы автогенератора?
4. Охарактеризуйте особенности "жесткого" и "мягкого" режимов самовозбуждения автогенератора.
5. Каким образом обеспечивается синусоидальная форма генерируемых LC-генератором колебаний?
6. Почему кварцевый резонатор обеспечивает высокую стабильность частоты колебаний автогенератора?
7. Почему для генерирования низкочастотных колебаний применяются в основном RC-генераторы, а не LC-генераторы?
8. Приведите схемы, реализующие методы получения частотно-модулированных колебаний.
1.10. Нелинейные и параметрические преобразования сигналов
Устройства умножения и преобразования частоты. Амплитудные модуляторы: работа и устройство. Детектирование сигналов с амплитудной модуляцией. Диодный детектор в режиме малого и большого сигналов. Синхронный детектор. Коммутаторы сигналов.
Ограничители напряжения. Частотные модуляторы. Детектирование сигналов с частотной модуляцией. Фазовые детекторы.
Ключевые элементы нелинейных устройств
Литература: [1] – с.381-433; [2] – с.281-308; [4] – с.287-311.
Нелинейные и параметрические преобразования широко используются в радиоэлектронике для обработки сигналов в реальном масштабе времени. Вначале следует разобраться с принципом работы простейших схем диодного детектора амплитудно-модулированных колебаний, понять принцип работы линейного и квадратичного детектора, оценить области возможного применения каждого из этих детекторов. Следует разобраться с принципом детектирования частотно-модулированных колебаний, понять, почему для хорошей работы частотного детектора нужно обязательно использовать ограничитель амплитуды колебаний.
Вопросы для самопроверки
1.Опишите принцип работы диодного детектора амплитудно-модулированных колебаний.
2.Опишите различия между работой квадратичного и линейного детектора.
3.Роль ограничителя при детектировании сигналов с частотной модуляцией.
4.Опишите принцип работы фазового детектора.
1.11. Радиоприемные устройства
Классификация и основные показатели приемных устройств. Приемник прямого усиления. Приемники информационного и синхронного типа.
Структурная схема радиоприемного устройства амплитудно-модулированных сигналов супергетеродинного типа. Сопряжение настроек контуров, электронная перестройка частоты, автоматическая регулировка усиления в радиоприемных устройствах. Специализированные интегральные схемы радиоприемных устройств амплитудно-модулированных сигналов. Особенности радиоприемных устройств частотно-модулированных сигналов. Автоматическая подстройка частоты гетеродина.
Понятие о цифровом радиовещании. Структурные схема радиоприемника цифрового вещания.
Литература: [2] – с.392-410; [4] – с.313-334.
На первоначальном этапе изучения материала этой темы необходимо получить общее представление о радиоприемном устройстве, рассматривая структурные схемы приемников прямого усиления и супергетеродинного приемника. Общей задачей является понимание особенностей использования различных видов аналоговой и цифровой модуляции и демодуляции в приемных устройствах различного назначения.
Вопросы для самопроверки
1.Что называется избирательностью приемника?
2.Как отражается на работе преобразователя нестабильность частоты гетеродина?
3.Какая цепь преобразователя на транзисторе определяет его избирательные свойства?
4.Почему в схемах преобразования транзисторных приемников напряжение на вход УПЧ подается с помощью катушки связи?
5.При каком условии частота зеркального канала меньше частоты принимаемого сигнала?
6.При приеме каких сигналов входная цепь и УВЧ оказывают заметное влияние на избирательность по соседнему каналу?
7.Какие колебательные цепи приемника влияют на его полосу пропускания в диапазоне длинных волн?
1.12. Принципы передачи и приема изображений.
Основные параметры стандартов телевизионного вещания SECAM, PAL, NTSC. Частотный спектр сигнала изображения. Передача цветных изображений. Уровни сигнала изображения. Сигналы синхронизации. Разделение сигналов изображения и синхронизации. Коммутаторы. Структурная схем передающей системы SECAM. Структурные схемы черно-белого и цветного телевизионных приемников. Понятие о цифровом радиовещании и телевидении. Системы спутникового радиовещания и телевидения. Кабельное телевидение. Цифровое наземное телевидение.
Принципы организации сотовой связи. Структурная схема системы подвижной связи. Перспективы развития систем подвижной связи в Республике Беларусь.
Литература: [2] – с.392-410; [4] – с.313-334; [7] – с.122-146; [5] – c. 27-34; 56 – 68; [6] – с.32 – 43; 67 – 79.
Примерный перечень практических занятий
Контрольная работа № 1 включает следующие задания:
1. Изучение методики определения h–параметров БТ по статическим ВАХ.
2. Расчет высокочастотных параметров биполярного транзистора
3. Расчет элементов схемы одиночного усилительного каскада на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией.
4. Расчет параметров операционных усилителей
5. Расчет элементов схем и параметров электронного ключа
Контрольная работа № 2 включает следующие задания:
1. Расчет параметров резонансного усилителя АМ и ЧМ модулированных сигналов.
2. Расчет автогенератора с контуром в цепи коллектора и индуктивной связью.
3 Расчет элементов схем и параметров мультивибратора в автоколебательном и ждущем режимах,
4.Расчет элементов схем и параметров амплитудного модулятора с заданной характеристикой нелинейного элемента
5. Расчет параметров полупроводникового диодного детектора в квадратичном и линейном режимах работы