Слайд 2
Электронный усилитель
усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах
которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и
полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и
т. д.
Слайд 3
Классификация усилителей
Аналоговые усилители -аналоговый входной сигнал без цифрового
преобразования усиливается аналоговыми усилительными каскадами. Выходной аналоговый сигнал без
цифрового преобразования подаётся на аналоговую нагрузку.
Цифровые усилители после аналогового усиления входного аналогового сигнала аналоговыми усилительными каскадами до величины достаточной для преобразования АЦП,происходит преобразование аналоговой величины (напряжения) в цифровую величину — число (код), соответствующий величине напряжения входного аналогового сигнала. Цифровая величина (число, код) либо непосредственно подаётся через буферные управляющие усилительные каскады на цифровое выходное исполнительное устройство, либо подаётся на мощный ЦАП, мощный аналоговый выходной сигнал которого подаётся на аналоговое выходное исполнительное устройство.
Слайд 4
Виды усилителей по элементной базе
Ламповый усилитель — усилитель,
усилительными элементами которого служат электронные лампы
Полупроводниковый усилитель — усилитель,
усилительными элементами которого служат полупроводниковые приборы (транзисторы, микросхемы и др.)
Гибридный усилитель — усилитель, часть
каскадов которого собрана на лампах, часть — на полупроводниках
Квантовый усилитель — устройство для усиления электромагнитных волн за счёт вынужденного излучения возбуждённых атомов, молекул или ионов.
Слайд 5
Виды усилителей по диапазону частот
Усилитель постоянного тока (УПТ)
— усилитель медленно меняющихся входных напряжений или токов, нижняя
граничная частота которых равна нулю.
Применяется в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике.
Усилитель низкой частоты (УНЧ, усилитель звуковой частоты, УЗЧ) — усилитель, предназначенный для работы в области звукового диапазона частот (иногда также и нижней части ультразвукового, до 200 кГц).
Используется в технике звукозаписи, звуковоспроизведения, а также в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике.
Слайд 6
Усилитель высокой частоты (УВЧ, УРЧ) — усилитель сигналов
на частотах радиодиапазона.
Применяется преимущественно в радиоприёмных и радиопередающих
устройствах в радиосвязи, радио- и телевизионного вещания, радиолокации, радионавигации и радиоастрономии, а также в измерительной технике и автоматике
Импульсный— усилитель, предназначенный для усиления импульсов тока или напряжения с минимальными искажениями их формы. Входной сигнал изменяется настолько быстро, что переходные процессы в усилителе являются определяющими при нахождении формы сигнала на выходе.
Применяются в импульсных устройствах радиолокации, радионавигации, автоматики и измерительной техники.
Слайд 7
Виды усилителей по полосе частот
Широкополосный (апериодический) усилитель —
усилитель, дающий одинаковое усиление в широком диапазоне частот
Полосовой усилитель
— усилитель, работающий при фиксированной средней частоте спектра сигнала и приблизительно одинаково усиливающий сигнал в заданной полосе частот
Селективный усилитель — усилитель, у которого коэффициент усиления максимален в узком диапазоне частот и минимален за его пределами
Слайд 8
Виды усилителей по типу нагрузки
с резистивной;
с ёмкостной;
с индуктивной;
с
резонансной.
Специальные виды усилителей
Дифференциальный— усилитель, выходной сигнал которого пропорционален разности
двух входных сигналов, имеет два входа и, как правило, симметричный выход.
Слайд 9
Операционный— многокаскадный усилитель постоянного тока с большими коэффициентом
усиления и входным сопротивлением, дифференциальным входом и несимметричным выходом
с малым выходным сопротивлением, предназначенный для работы в устройствах с глубокой отрицательной обратной связью.
Инструментальный— предназначен для задач, требующих прецизионного усиления с высокой точностью передачи сигнала
Масштабный — усилитель, изменяющий уровень аналового сигнала в заданное число раз с высокой точностью
Слайд 10
Логарифмический — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален
логарифму входного сигнала
Квадратичный — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно
пропорционален квадрату входного сигнала
Интегрирующий— усилитель, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала
Слайд 11
Инвертирующий — усилитель, изменяющий фазу гармонического сигнала на
180° или полярность импульсного сигнала на противоположную (инвертор)
Парафазный (фазоинверсный)
— усилитель, применяемый для формирования двух противофазных напряжений
Малошумящий — усилитель, в котором приняты специальные меры для снижения уровня собственных шумов, способных вуалировать усиливаемый слабый сигнал
Слайд 12
Обратная связь
передача всей или части энергии усиленного сигнала
с выхода усилителя или отдельного каскада на вход усилителя.
внутренняя, т. е. возникающей благодаря особенностям конструкции и физическим свойствам усилительных элементов,
внешняя, создаваемой в схеме умышленно для придания усилителю определенных свойств и функциональных особенностей.
Слайд 13
Положительная обратная связь (ПОС)
тип обратной связи, при
котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению
входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.
Пример
Фонящий микрофон (микрофон установленный недалеко от колонок) сигнал колонок>микрофон>усилитель>сигнал колонок>микрофон.
колебания источника сигнала и колебания, поступающие через цепь обратной связи, совпадают по фазе
Слайд 14
«+» связь ускоряет реакцию системы на
изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях,
когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров.
«-» приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых (автоколебательных) систем, называемых генераторы (производители).
Слайд 15
Отрицательная обратная связь (ООС)
тип обратной связи, при которой
выходной сигнал передается обратно на вход для погашения части
входного сигнала, (то есть, изменяя входной сигнал таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала)
«+»
Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.
колебания поступающие через цепь обратной связи находятся в противофазе
Слайд 16
АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ характеристика
отношение амплитуды выходного Uвых. сигнала
к амплитуде входного сигнала
Uвх. при различныч частотах входного
сигнала.
Полоса пропускания (прозрачности)
диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического, устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы.
Эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ)
Содержит основную энергию сигнала
(не менее 90%).
Слайд 17
Ширина полосы пропускания
полоса частот, в пределах которой
АЧХ принимает значение не ниже заданного.
определяется как разность верхней
и нижней граничных частот участка АЧХ
(на уровне −3 дБ)
Неравномерность АЧХ
характеризует степень её отклонения от прямой, параллельной оси частот.
Слайд 21
Основные нормируемые характеристики усилителей
Диапазон частот
Коэффициент усиления
Неравномерность АЧХ
Чувствительность
Уровень шума
Коэффициент нелинейных искажений
Входное
сопротивление
Выходное сопротивление
Максимальное выходное напряжение
Максимальная выходная мощность
Слайд 22
Импульсный блок питания (ИБП)
инверторная система.
В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности.
Инверторная система — разновидность силового электронного устройства для преобразования постоянного или переменного напряжения частотой 50(60) Гц в переменное напряжение другой частоты.
Слайд 23
По соотношению входного и выходного напряжения:
Понижающие
Повышающие
С произвольным изменением
напряжения
Инвертирующие
По типу ключевого элемента:
На полевых транзисторах
На тиристорах
На биполярных транзисторах
Разновидности
импульсных блоков питания
Слайд 24
Накопителем энергии может быть:
Дроссель
Конденсатор
Аккумулятор
В зависимости от режима работы
могут быть стабилизаторы
на основе широтно-импульсной модуляции
двухпозиционные (или релейные)
Слайд 26
Необходимость входного фильтра :
фильтр должен устранять резкие
кратковременные
скачки питающего
напряжения и импульсные помехи,
вызванные работой расположенных
поблизости импульсных устройств
(ВЧ помехи)
или возникающие в момент подключения или
отключения от сети смежных нагрузок.
фильтр должен эффективно устранять
помехи, проникающие в сеть
непосредственно от используемого источника
питания.
Слайд 27
ВЧ тр-ры, применяемые в ИБП, являются преобразователями импульсных
колебаний с полосой частот до нескольких (если не выше)
Мгц. Передача энергии тр-ром имеет двухсторонний характер. В направлении сеть – нагрузка происходит передача колебаний ВЧ преобразователя. В направлении нагрузка – преобразователь – сеть, могут передаваться помехи, возникающие при работе нагрузочных цепей.
Слайд 28
Причем, как правило, в направлении сеть – нагрузка
трансформатор действует как понижающий, и следовательно, в обратном направлении
он работает как повышающий.
Если входной фильтр не установлен, то помехи, возникающие непосредственно в устройстве, будут эффективно транслироваться в сеть с частью информационной составляющей.
Слайд 29
Принцип действия
ключ (1)
интегратор (2)
(накапливает энергию,
подаваемую с ключа и отдаёт её в нагрузку, когда
ключ разомкнут)
модулятор (3)
(преобразует импульсы генератора в прямоугольные импульсы)
операционный усилитель (4)
(сравнивает опорное напряжение эталоном)
генератор (5)
эталон (6)
Слайд 31
Достоинства
ИБП S≤500 Вт имеют высокие массогабаритные
характеристики по сравнению
ТИП;
Обмотки тр-ров ВЧ колебаний ИБП имеют
высокую плотность тока,
при их изготовлении
используется меньше цветного металла;
Высокая индукция насыщения и малые
удельные потери материалов сердечников ВЧ тр-
ров позволяют создавать ИБП с общим КПД
≥80%.
Широкие возможности по автоматической
регулировке номиналов вторичных Uвых.
посредством воздействия на первичные цепи ВЧ
преобразователя.
Слайд 32
Недостатки
Импульсные помехи.
(В связи с этим часто недопустимо
применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры).
Невысокий cosφ, что
требует включения компенсаторов коэффициента мощности.
Слайд 34
Дифференциальные усилители.
ДУ имеет два входа и в общем
случае два выхода и служит для усиления разности напряжений,
подаваемых на входы:
Uвых = K(Uвх1 - Uвх2)
Слайд 35
ДУ усиливает сигнал, как правило, с постоянной составляющей,
т.е. является
усилителем постоянного тока.
Параметры плеч ДУ одинаковы
(Rк1 = Rк2 = Rк), тр-ры VT1 и VT2 идентичны. Общей эмиттерной нагрузкой транзисторов является резистор Rэ. Совместно с источником Uпит2 он образует генератор тока I0. Нагрузка может подключаться к одному из выходов (несимметричный выход) или между коллекторами транзисторов (симметричный выход).
Слайд 36
Недостаток:
Получение хорошей симметрии плеч ДУ при выполнении
его на дискретных элементах затруднено , так как практически
невозможно подобрать транзисторы и резисторы, обладающие идентичными параметрами, особенно при их эксплуатации в широком диапазоне температур. Поэтому транзисторные ДУ не получили широкого распространения. С переходом к интегральной технологии высокая симметрия плеч ДУ в широком диапазоне температур достигается согласованием параметров транзисторов и резисторов технологическим путем. Благодаря этому ДУ широко используются в АИМС.
Слайд 37
Наличие двух входов позволяет подавать на ДУ сигналы,
имеющие различный потенциальный уровень. Поэтому для анализа функционирования ДУ
вводят понятия синфазных и дифференциальных сигналов, при помощи которых можно представить любую комбинацию входных напряжений ДУ в виде их суммы.
Синфазными - принято называть однополярные сигналы одинаковой величины.
Дифференциальными - разнополярные сигналы одинаковой величины.
Слайд 38
Uвх1 = Uвх2 = 0
При этом транзисторы VT1
и VT2 открыты. Соотношение токов схемы определяется зависимостями
Iб1
= Iб2, Iэ1 = Iэ2 = I0 /2, Iк1= Iк2. Так как для симметричной схемы Rк1 = Rк2, то Uк1 = Uк2, и напряжение на симметричном выходе
Uвых = Uк1 – Uк2 = 0.
Принцип действия ДУ
Слайд 39
Uвх1 = Uвх2>0.
Под действием синфазных сигналов Uэ
изменяется на такую же величину, как и Uб :
Uэ=Uб
Эмиттерные токи транзисторов VT1 и VT2 получают приращение Iэ1 = Iэ2 = I0 /2. Отсюда следует, что приращение коллекторных токов и потенциалов будет также одинаково, а это значит, что напряжение
Uвых = Uк1 Uк2 =0.
2. На входы поданы синфазные сигналы
Слайд 40
Uвх1 = – Uвх2. При этом в силу
симметрии сигнал Uвх = Uвх1 – Uвх2 поделится между
двумя эмиттерными переходами. На одном из них напряжение увеличивается на 0,5Uвх, а на другом уменьшается на ту же величину. Соответственно приращения токов и коллекторных потенциалов в плечах ДУ будут одинаковыми по величине, но противоположными по знаку.
3. На входы поданы только дифференциальные сигналы
Таким образом, приращение общего эмиттерного тока I0 будет равно I0 = Iэ1 – Iэ2 = 0, и, следовательно, падение напряжения на резисторе Rэ URэ = 0. Это означает, что резистор Rэ не создает ООС для дифференциального сигнала и позволяет рассматривать каждое из плеч ДУ в виде отдельного усилительного каскада. Выходное напряжение Uвых определяется из выражения :
Uвых = Iк1Rк1 + Iк2Rк2 = 2IкRк = 2Uк.
Слайд 41
ДУ реагирует только на дифференциальный сигнал, отсюда и
название этого типа усилителей. Представим комбинацию входных напряжений ДУ
в виде суммы синфазной и дифференциальной составляющей:
(5)
Как видно из выражения (5), синфазные входные напряжения имеют одинаковую величину и полярность, а дифференциальные - одинаковую величину, но разную полярность. Синфазное входное напряжение - это уровень на входах, относительно которого подаются дифференциальные сигналы.
Выходные напряжения тоже можно представить как сумму синфазной и дифференциальной составляющих:
(6)
Слайд 42
Синфазная и дифференциальная составляющие входного сигнала согласно (5)
выражаются следующим образом:
(7)
Соответствующие составляющие выходного сигнала из (6) имеют вид:
(8)
Рассмотренный ДУ является идеальным с точки зрения идентичности плеч. Поэтому при воздействии синфазного сигнала изменения токов и напряжений плеч ДУ будут равны. Следовательно, на симметричном выходе ДУ Uвых.д = 0, т.е. синфазный сигнал полностью подавляется.
Слайд 43
Реальные усилители всегда имеют асимметрию плеч. Поэтому даже
при симметричном выходе выходное напряжение содержит синфазный сигнал, не
говоря уже о несимметричном выходе, при котором синфазный сигнал будет еще большей величины. Коэффициент усиления синфазного напряжения
. (9)
Для оценки коэффициента Ксф следует соединить базы транзисторов VT1 и VT2 и подать на них сигнал Uвх.сф. Считая напряжение на эмиттерных переходах транзисторов постоянным, имеем URэ = Uвх.сф. При этом если сопротивление источника тока равно Rэ, то изменение тока I0 составит величину I0 = Uвх.сф /Rэ, а изменение коллекторных потенциалов - величину I0Rк/2. Тогда
. (10)
где - статический коэффициент передачи тока эмиттера
Слайд 44
Очевидно, что с ↑ Rэ коэффициент Kсф ↓.
(Это объясняется действием ООС, создаваемой резистором Rэ ). Обычно
Rк/Rэ <1, а значит, и Ксф <1.
Главным параметром ДУ является коэффициент усиления дифференциального напряжения
. (11)
Потенциал эмиттера при подаче дифференциального сигнала остается неизменным, |=> для переменных составляющих = 0. Поэтому коэффициент усиления каждого плеча можно получить, полагая Rэ = 0. Так как сигнал, равный 0,5Uвх, усиливается в каждом плече, а на выходе усиленные сигналы складываются, то коэффициент усиления дифференциального напряжения равен коэффициенту усиления отдельно взятого плеча. Следовательно,
где rэ - сопротивление эмиттерного перехода транзисторов. Полный коэффициент усиления Кд определяется из выражения
(12)
Слайд 45
Сравнивая выражения (10) и (12), приходим к выводу,
что при большом сопротивлении Rэ величина Кд >> Ксф.
Другими словами, ДУ усиливает дифференциальное входное напряжение и ослабляет синфазное. Ослабление синфазного сигнала количественно оценивают коэффициентом ослабления синфазных входных напряжений
(13)
Из выражения (13) видно, что с увеличением сопротивления резистора Rэ возрастает коэффициент ослабления.
Коэффициент Косл характеризует качество работы ДУ и показывает его способность выделить слабый дифференциальный сигнал на фоне сильной синфазной помехи. Для получения большого коэффициента ослабления вместо резистора Rэ включают стабилизаторы тока.
Слайд 47
Операционный усилитель (ОУ, OpAmp)-
усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления.
E−: инвертирующий вход
E+: неинвертирующий вход
A: выход
+VB: плюс источника питания (также может обозначаться как VDD, VCC, или VCC + )
-VB: минус источника питания (также может обозначаться как VSS, VEE, или VCC − )
Слайд 48
Условные обозначения операционных усилителей
Операционные усилители обладают большим и
стабильным коэффициентом усиления напряжения, имеют дифференциальный вход с высоким
входным сопротивлением и несимметричный выход с низким выходным сопротивлением, малым дрейфом нуля.
То есть под операционным усилителем понимают высококачественный универсальный усилитель.
Дрейф нуля
отклонение напряжения на выходе усилителя от начального (нулевого) значения при отсутствии входного сигнала. Основной причиной этого явления являются температурная и временная нестабильность параметров активных элементов схемы усилителя, резисторов, а также источников питания.
Слайд 49
Параметры операционного усилителя
Коэффициент усиления напряжения без обратной связи
,
показывающий, во сколько раз напряжение на выходе превышает
напряжение сигнала, поданного на дифференциальный вход.
Типовое значение Кu =105 ÷1015
Слайд 50
Коэффициент ослабления синфазного сигнала
показывающий, во сколько раз
дифференциальный сигнал сильнее синфазного.
Косл.сф определяется свойствами входного дифференциального
каскада
Типовое значение 80÷100 Дб
Слайд 51
Напряжение смещения нуля Uсм
представляющее собой постоянное
напряжение определенной полярности, которое необходимо подать на вход при
отсутствии входного сигнала для того, чтобы напряжение на выходе стало равным нулю.
Наличие отклонения выходного напряжения от нуля обусловлено, хотя и малым, но неизбежным дисбалансом плеч дифференциального каскада.
Типовое значение Uсм=5÷20мВ
Слайд 52
Температурный дрейф напряжения смещения
ТКUсм =
характеризует изменение напряжения
Uсм при изменении температуры.
Типовое значение 1÷30
Слайд 53
Входное сопротивление для дифференциального сигнала Rвх диф
Измеряется со стороны любого входа в то время, когда
другой вход соединен с общим выводом.
Типовое значение Rвх диф
сотни кОм – единицы Мом
Выходное сопротивление Rвых .
Типовое значение Rвых
десятки – сотни Ом.
Слайд 54
Входное сопротивление для синфазного сигнала Rвх сф
Измеряется
между соединенными вместе входами операционного усилителя и корпусом.
Типовое значение
на несколько порядков больше чем сопротивление для дифференциального сигнала
Слайд 55
Классификация ОУ
По типу элементной базы
На полевых транзисторах
На биполярных транзисторах
На электронных лампах (устарели)
По входным сигналам
Обычный двухвходовый ОУ
ОУ с тремя входами
По выходным сигналам
Обычный ОУ с одним выходом;
ОУ с дифференциальным выходом
Слайд 56
По области применения
Индустриальный стандарт
Прецизионные ОУ
С малым входным
током (электрометрические)
Микромощные и программируемые ОУ
Мощные (сильноточные) ОУ
Высоковольтные ОУ
Быстродействующие ОУ
Малошумящие ОУ
Звуковые ОУ
Специализированные ОУ
Возможны комбинации например - прецизионный быстродействующий ОУ.
Слайд 57
Типовые характеристики операционного усилителя
Операционные напряжения: 3V ... +/-30V
Усиление напряжения: 103 ... 108
Входное сопротивление: 105 ...
1015 Om
Сопротивление выхода: 15 ... 3000 Om
Диапазон частоты: 0 Гц ... 100 MГц
Слайд 58
Применение ОУ в электронике
Предусилители и буферные усилители
звукового и
видеочастотного диапазона
Компараторы напряжения
Дифференциальные усилители
Дифференциаторы и интеграторы
Фильтры
Выпрямители повышенной точности
Стабилизаторы напряжения и тока
Аналоговые вычислители
Аналого-цифровые преобразователи
Цифро-аналоговые преобразователи
Генераторы сигналов
Преобразователи ток-напряжение и напряжение- ток
Слайд 59
Идеальный операционный усилитель
Vout: напряжение на выходе
V+: напряжение на
неинвертирующем входе
V−: напряжение на инвертирующем входе
Gopenloop: коэффициент усиления с
разомкнутой петлёй обратной связи
Слайд 60
«+»
Бесконечно большой коэффициент усиления с разомкнутой петлей обратной
связи Gopenloop
Бесконечно большое входное сопротивление входов V- и V+.
(Другими словами, ток, протекающий через эти входы, равен нулю).
Нулевое выходное сопротивление выхода ОУ.
Способность выставить на выходе любое значение напряжения.
Бесконечно большая скорость нарастания напряжения на выходе ОУ.
Полоса пропускания: от постоянного тока до бесконечности
Слайд 61
Отличия реальных ОУ от идеального
Ограниченное усиление
Ненулевой входной ток
Ненулевое выходное сопротивление
Ненулевое напряжение смещения
Ненулевое усиление синфазного сигнала
Ограниченная
полоса пропускания
Ненулевая входная ёмкость.
Ненулевая задержка сигнала.
Ненулевое время восстановления после насыщения .
Нелинейные эффекты
Насыщение
Ограниченная скорость нарастания выходного сигнала ОУ.
Искажение входного П-образного сигнала при ограниченной скорости нарастания выходного сигнала ОУ.
Ограниченный выходной ток
Ограниченное выходное напряжение
Ограниченная выходная мощность
Слайд 62
Простейший неинвертирующий ОУ
Кu >
Слайд 63
Повторитель напряжения с высоким Rвх и низким
Rвых
если R2=0 то
Кu=
1
Слайд 64
Простейший инвертирующий ОУ
Rвх=∞
Слайд 65
Логарифмирующий усилитель
так как
то
выходное напряжение пропорционально логарифму входного постоянного напряжения.
Слайд 66
Интегрирующий усилитель
Инвертирующий интегратор
Слайд 67
Дифференцирующий усилитель
Инвертирующий дифференциатор
Слайд 69
Источник питания (ИП)
радиоэлектронное устройство, предназначенное для
обеспечения различных устройств электрическим питанием.
Вторичные источники -сами не
генерируют электроэнергию, а служат лишь для её преобразования с целью обеспечения требуемых параметров (напряжения, тока, пульсаций напряжения и т. п.)
Первичные источники-преобразователи различных видов энергии в электрическую.
(Химические источники тока (аббр. ХИТ), механические, и т.д)
Слайд 70
Вторичный источник электропитания
устройство, предназначенное для обеспечения питания
электроприбора электрической энергией, при соответствии требованиям её параметров: напряжения,
тока, и т. д. путём преобразования энергии других ИП.
Согласно ГОСТ Р 52907-2008 слово «вторичный» опускается.
Может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах; либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах — например материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи напряжения для питания процессора), выполненным в виде модуля (блока питания, стойки электропитания и т. д.), или даже расположенным в отдельном помещении .
Слайд 71
Задачи решаемые ИП
Обеспечение передачи мощности — ИП должен
обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением
заданных характеристик на выходе.
Преобразование формы напряжения —переменное -постоянное, и наоборот, а также преобразование частоты, формирование импульсов напряжения и т. д.
Слайд 72
Стабилизация — Uвых, Iвых и другие параметры ИП
должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его
назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения Uвх, Iнагр. и т. д. (Чаще всего стабилизация Uнагр., однако(например, для зарядки аккумуляторов) не редко необходима стабилизация I).
Регулировка — в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
Слайд 73
Защита — Uнагр, или Iнагр. в случае неисправности
(например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы
и вывести РЭУ, или сам ИП из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения I по неправильному пути: например прохождения I через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
Преобразование величины напряжения —повышение или понижение.
Слайд 74
Управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей,
или источника питания в целом. Может быть как непосредственным
(с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).
Контроль — отображение параметров на входе и на выходе ИП,включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.
Слайд 75
Конструкции ИП
(наиболее типичные)
трансформаторные ИП;
импульсные ИП.
ВЧ преобразователь преобразует –
U в импульсную последовательность.
В качестве ВЧП используются тр-рные
каскады, управляемые задающим импульсным генератором, импульсные генераторы с самовозбуждением, генераторы Роэра.
Частота преобразования обычно находится в пределах 30 – 50 КГц.
Слайд 76
трансформаторный ИП
импульсные ИП
Слайд 77
Схема простейшего трансформаторного источника питания без стабилизации с
двухполупериодным выпрямителем
Слайд 78
Схема простейшего трансформаторного источника питания без стабилизации с
однополупериодным выпрямителем
Схема простейшего трансформаторного источника питания без стабилизации с
двухполупериодным выпрямителем
Слайд 79
Трансформатор - преобразует Uсети
в ~U, необходимые для
формирования заданных уровней –Uвых. .
Слайд 80
Выпрямитель - преобразует переменное напряжение в пульсирующее, содержащее
постоянную составляющую и переменное напряжение пульсаций.
Схема однополупериодного выпрямителя
Схема
двухполупериодного мостового выпрямителя
Слайд 81
Фильтр - выполняет роль сглаживания пульсаций на выходе
выпрямителя.
Слайд 82
Обычно в схемах фильтрации ИП применяется Г -
образный LC фильтр.
1 - напряжение на емкости
2 - выпрямленное напряжение
Слайд 83
Стабилизатор - предназначен для поддержания неизменным в заданных
пределах -Uвых при колебаниях Uвх (поступающего с фильтра).
Основные
схемы стабилизаторов:
параметрический,
компенсационный ,
импульсный.
Основным параметром стабилизатора является коэффициент стабилизации:
Кст =( DUвх/Uвх )/( DUвых/Uвых )
D - знакопеременные приращения входного и выходного напряжений соответственно
Слайд 84
Принцип работы параметрического стабилизатора основан на свойстве п/п
элемента – стабилитрона сохранять неизменным U обратимого пробоя (Ucт.)
при колебаниях в известных пределах Uвх .
Uпр,Uобр,Iпр,Iобр – параметры ВАХ стабилитрона,
Uвх - напряжение на входе стабилизатора ( на выходе фильтра),
Iст – ток через стабилитрон,
Uст – напряжение на стабилитроне и нагрузке
Слайд 86
Достоинства трансформаторных ИП.
Простота конструкции;
Надёжность;
Доступность элементной базы;
Отсутствие создаваемых радиопомех.
(в отличие от импульсных, создающих помехи
за счет гармонических составляющих).
Слайд 87
Недостатки трансформаторных ИП.
Большой вес и габариты, пропорционально
мощности.
Металлоёмкость.
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного
напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.
Слабая стойкость РЭУ с ТИП к броскам напряжения и «отгоранию нуля».
Слайд 90
ЭДС самоиндукции оказывает препятствие (сопротивление) протеканию переменного тока,
из-за чего ток в реальной индуктивной катушке отстает по
фазе от напряжения на угол φ=90o, величина которого зависит от соотношения R и L.
Слайд 91
ток опережает напряжение по фазе на 90o
Слайд 92
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
замкнутая электрическая цепь, состоящая из конденсатора
емкостью С и катушки с индуктивностью L, в которой могут возбуждаться
собственные колебания с частотой , обусловленные перекачкой энергии из электрического поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно.
В реальных колебательных контурах всегда есть активное сопротивление, которое обусловливает затухание колебаний.
Слайд 93
Последовательный
колебательный
контур
Параллельный
колебательный
контур
Слайд 94
Резонанс
(франц. resonance, от лат. resono — звучу в
ответ, откликаюсь)
относительно большой селективный (избирательный) отклик колебательной системы
(осциллятора) на периодич. воздействие с частотой, близкой к частоте её собств. колебаний. При Р. происходит резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний осциллятора.
Р. как механич. и акустич. явление впервые описан итал. учёным Г. Галилеем, а в эл.-магн. системах — на примере колебательного контура—англ. учёным Дж. Максвеллом (1868).
Осциллятор
(от лат. oscillo — качаюсь)
система, совершающая колебания, то есть показатели которой периодически повторяются во времени.
Слайд 95
Различают Р., возникающий в результате воздействия внешней периодической
силы на осциллятор, и параметрический Р., возникающий вследствие периодического
изменения одного из энергоёмких параметров осциллятора.
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС
явление раскачки колебаний при периодическом изменении параметров тех элементов колебательной системы, в которых сосредоточивается энергия колебаний
(реактивные или энергоёмкие параметры).
Слайд 96
Параметры колебательных контуров
XL = ωL
Резонансная частота
(формула Томсона)
Импенданс
(Полное сопротивление)
Реактивные
сопротивления
ХC= 1/ωС
Слайд 97
затухание контура
d=1/Q
характеристическое сопротивление
добротность
Q=ρ/r
UL=UC=I|XL|=I|XC|
На любой
другой частоте, отличной от резонансной, напряжения на катушке и конденсаторе неодинаковы - они определяются амплитудой тока в цепи и величинами модулей реактивных сопротивлений |XL| и |XC| . Резонанс в последовательном колебательном контуре принято называть
резонансом напряжений.
Xр = ωL-1/ωC=0
Слайд 100
BL = 1/ωL, ВC = ωC,
Bр = 1/ωL-ωC=0
Резонанс в парралельном
колебательном контуре принято называть
резонансом токов
Слайд 101
режима резонанса можно добиться следующими способами:
изменением частоты
изменением индуктивности
изменением емкости
Слайд 102
Билет № 5, 8, 9, 12, 16, 18,
19, 20, 21, 24
вопрос 1, 2
Слайд 103
Радио связь
(лат. radio — излучаю, испускаю лучи ←
radius — луч)
разновидность беспроводной связи, при которой в качестве
носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.
Слайд 104
Радиоволны
(радиоизлучение, радиочастоты)
электромагнитное излучение с длинами волн
5·10−5—1010 метров и частотами, соответственно, от нескольких Гц и
до 6·1012Гц. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях.
Слайд 105
Виды Радиосвязи
без применения ретрансляторов по длинам волн:
СДВ-связь
ДВ-связь
СВ-связь
КВ-связь
КВ-связь
земной (поверхностной) волной
КВ-связь ионосферной (пространственной) волной
УКВ-связь
УКВ связь прямой
видимости
тропосферная связь
с отражением от Луны или метеоритов
Слайд 106
с применением ретрансляторов:
Спутниковая связь
Радиорелейная связь
Сотовая связь
Слайд 107
Диапазон частот
полоса излучаемых источником частот, которой зачастую присвоено
условное наименование.
упрощённая классификация радиодиапазонов:
Сверхдлинные волны (СДВ) — мириаметровые волны
Длинные
волны (ДВ) — километровые волны
Средние волны (СВ) — гектометровые волны
Короткие волны (КВ) — декаметровые волны
Ультракороткие волны (УКВ) — ВЧ волны, длина волны которых < 10 м.
Слайд 108
Особенности и законы распространения радиоволн в зависимости от
диапазона :
ДВ сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные
волны, которые распространяются, огибая землю. Их интенсивность по мере удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.
СВ сильно поглощаются ионосферой днём, и район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район действия определяется отражённой волной.
Слайд 109
КВ распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг
передатчика существует т. н. зона радиомолчания. Днём лучше распространяются
более короткие волны (30 МГц), ночью — более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на больши́е расстояния при малой мощности передатчика.
УКВ распространяются прямолинейно и, как правило, не отражаются ионосферой, однако при определённых условиях способны огибать земной шар из-за разности плотностей воздуха в разных слоях атмосферы. Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность.
Слайд 110
ВЧ не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой
видимости. Используются в WiFi, сотовой связи и т. д.
КВЧ
не огибают препятствия, отражаются большинством препятствий, распространяются в пределах прямой видимости. Используются для спутниковой связи.
Гипервысокие частоты не огибают препятствия, отражаются подобно свету, распространяются в пределах прямой видимости. Использование ограничено.
Слайд 111
Диапазон средних волн с амплитудной модуляцией (530—1610 кГц).
Различные
диапазоны коротких волн (5,9—26,1 МГц).
Гражданский диапазон (26,965—27,405 МГц).
Частоты телевизионных
каналов (48,5—862,0 МГц).
Диапазон ультракоротких волн c частотной модуляцией (87,5—108 МГц, кроме 76—90 МГц в Японии; в России также 65,9—74 МГц).
ISM диапазон (англ. Industrial, Scientific, Medical: индустриальный, научный и медицинский диапазон).
Диапазоны военных частот. 42-48 МГц , (224-280 МГц военная авиация)
Диапазоны частот гражданской авиации (108-118 навигационные для ILS , VOR)(118—136,975 МГц).
Международный морской диапазон 156,050-162,025 МГц. Речной диапазон (Россия) 300-337 МГц .
Слайд 112
Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи
В России для гражданской
радиосвязи с использованием радиоэлектронных устройств, не требующих регистрации в
территориальных гос. органах по надзору в сфере связи, выделены три диапазона частот:
27 МГц (гражданский диапазон), с разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт;
433 МГц (LPD), выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,01 Вт;
446 МГц (PMR), выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,5 Вт.
Данные диапазоны совершенно безнаказанно можно использовать в практических целях.
Слайд 113
Радиоприёмник
(радиоприёмное устройство)
устройство для приёма электромагнитных волн
радиодиапазона (то есть с длиной волны от нескольких тысяч
метров до долей миллиметра) с последующим преобразованием содержащейся в них информации к виду, в котором она могла бы быть использована.
Слайд 114
Виды радиоприёмных устройств :
по основному
назначению:
радиовещательные
телевизионные
связные
пеленгационные
радиолокационные
для систем радиоуправления
измерительные и др.
Слайд 115
по роду работы:
радиотелеграфные
радиотелефонные
фототелеграфные и т.
д.
по виду модуляции, применяемой в канале связи:
амплитудная
частотная
Фазовая
по
способу обработки сигнала:
аналоговые
цифровые
Слайд 116
по диапазону принимаемых волн, согласно рекомендациям МККР:
мириаметровые
волны — 100-10 км, (3 кГц-30 кГц), СДВ
километровые волны
— 10-1 км, (30 кГц-300 кГц), ДВ
гектометровые волны — 1000—100 м, (300 кГц-3 МГц), СВ
декаметровые волны — 100-10 м, (3 МГц-30 МГц), КВ
метровые волны — 10-1 м, (30 МГц-300 МГц), УКВ
дециметровые волны — 100-10 см, (300 МГц-3 ГГц), ДМВ
сантиметровые волны — 10-1 см, (3 ГГц-30 ГГц), СМВ
миллиметровые волны — 10-1 мм, (30 ГГц-300 ГГц), ММВ
приёмник, включающий все широковещательные диапазоны (ДВ, СВ, КВ, УКВ) (всеволновой).
Слайд 117
по принципу построения приёмного тракта:
детекторные
прямого усиления
прямого преобразования
регенеративные
сверхрегенераторы
супергетеродинные с однократным, (двукратным или
многократным) преобразованием частоты
по исполнению:
автономные
встроенные (в состав др. устройства)
Слайд 118
по применённой элементной базе:
на кристаллическом детекторе
ламповые, транзисторные
микросхемах
по месту установки:
стационарные
носимые
по способу питания:
сетевое
автономное
универсальное
Слайд 119
Основные технические характеристики
чувствительность
избирательность (селективность)
уровень собственных
шумов
динамический диапазон
помехоустойчивость
стабильность
Слайд 120
Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин)
радиоприёмник, основанный на принципе преобразования
принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с
последующим её усилением.
Основное преимущество супергетеродина перед радиоприёмником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приёма части приёмного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.
Слайд 121
Структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты
Слайд 122
Преимущества
Высокая чувствительность. Можно получить > усиление по
сравнению с ППУ за счёт дополнительного усиления на ПЧ,
не приводящего к паразитной генерации: ПОС не возникает из-за того, что в каскадах ВЧ и ПЧ усиливаются разные частоты;
Возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией
Слайд 123
Высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале
ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими
параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. (используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции). Они позволяют получить сколь угодно узкую полосу пропускания с очень большим подавлением сигналов за ее пределами;
Слайд 124
Недостатки:
Наиболее значительный - наличие так называемого зеркального канала
приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность
с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.
Например, пусть приёмник с ПЧ 6,5 Мгц настроен на радиостанцию, передающую на f=70 МГц и f гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с f=76,5 - 70 = 6,5 МГц. Однако, если на f=83 МГц работает другая мощная радиостанция, и её сигнал сможет просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с f= 83 − 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен, попадёт в усилитель ПЧ и создаст помеху. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.
Слайд 125
Гетероди́н (от греч. ἕτερος — иной; δύναμις —
сила)
маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот
сигнала в супергетеродинных радиоприёмниках, приёмниках прямого преобразования, волномерах и пр.
Гетеродин создаёт колебания вспомогательной частоты, которые в блоке смесителя смешиваются с поступающими извне колебаниями высокой частоты. В результате смешения двух частот, входной и гетеродина, образуются ещё две частоты (суммарная и разностная). Разностная частота (при амплитудной модуляции постоянная) используется как промежуточная частота, на которой происходит основное усиление сигнала.
Слайд 126
Гетеродинирование
преобразование несущей частоты сигнала с использованием вспомогательного
генератора гармонических колебаний (гетеродина).
Гетеродинированием понижается несущая частота незатухающих колебаний
и создается новая, промежуточная частота, на которой осуществляется основное усиление сигнала.
В телевизионных приемниках при настройке гетеродина на частоты от 512 до 932 Мгц приходящие сигналы с частотами от 470 до 890 Мгц преобразуются в сигналы с частотой примерно 42 Мгц.
Слайд 127
Напряжение звуковой частоты на выходе выпрямителя воспроизводит
огибающую входного сигнала. Синусоидальные напряжения двух различных частот образуют
в выпрямителе новое синусоидальное напряжение, частота которого равна разности частот приложенных сигналов.
Слайд 128
Детекторный приёмник
Не имеет усилительных элементов и не
нуждается в источнике электропитания — использует исключительно энергию принимаемого
радиосигнала.
Слайд 129
Приём даже мощных радиостанций детекторным приёмником требует как
можно более длинной и высоко подвешенной антенны (желательно десятки
метров), а также правильного заземления.
Этим в большой степени определяется чувствительность приёмника. Избирательность детекторного приёмника относительно невысока и полностью зависит от добротности колебательного контура.
Слайд 130
Детекторные приёмники применялись не только для приема амплитудно-модулированных
сигналов, но и немодулированных незатухающих колебаний (например, телеграфии с
амплитудной манипуляцией). Детектор преобразует немодулированный сигнал в постоянный ток, который не создает звука в наушниках, поэтому к выходу приёмника вместо наушников подключается какое-либо электромеханическое устройство, преобразующее постоянный ток в звук, например, зуммер или тиккер
Слайд 131
Схема приёмника прямого усиления
герадеаус состоит из колебательного контура,
нескольких каскадов усиления высокой частоты, квадратичного амплитудного детектора, а
также нескольких каскадов усиления низкой частоты.
Слайд 132
КК служит для выделения S требуемой радиостанции. Как
правило, fнастр.
КК изменяют .
К КК
подключают антенну, иногда и заземление.
S, выделенный КК, поступает на УВЧ. УВЧ, это несколько каскадов избирательного транзисторного усилителя. С УВЧ S подаётся на диодный детектор, с детектора снимается S звуковой частоты, который усиливается ещё несколькими каскадами УНЧ, откуда поступает на динамик или наушники.
Слайд 133
Приёмники ПУ классифицируют по числу каскадов УНЧ и
УВЧ. Приёмник с n каскадами усиления ВЧ и m
каскадами усиления НЧ обозначают n-V-m,
(где V обозначает детектор).
Например, приёмник с одним каскадом УВЧ и одним каскадом УНЧ обозначается 1-V-1. Детекторный приёмник по этой системе обозначается 0-V-0. Изначально буквой V (от англ. valve — лампа) обозначался детекторный каскад на электронной лампе, для других видов детекторов применялись другие буквы (например К — кристаллический детектор)
Слайд 134
«+»
Простота конструкции
Отсутствие паразитных излучений в эфир
Большой динамический диапазон
Линейность
Отсутствие «зеркальных» и прочих побочных
каналов
Отсутствие свистов при перенастройке
Слайд 135
«-»
Малая селективность (избирательность), то есть малое ослабление
сигналов соседних радиостанций по сравнению с сигналом станции, на
которую настроен приёмник
Приёмники ПУ удобно использовать только для приёма мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне.
Из-за этого недостатка приёмники прямого усиления не производятся промышленностью и в основном используются ныне только в радиолюбительской практике.
Слайд 136
Билет № 4, 14, 17, 21, 22, 25
вопрос 1, 2
Слайд 137
Модуляция
(лат. modulatio — размеренность, ритмичность)
процесс изменения
одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону
низкочастотного информационного сигнала (сообщения).
Слайд 139
Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале.
Роль
переносчика информации выполняет ВЧ колебание, называемое несущим.
Модуляция представляет
собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.
Слайд 140
Модулятор
(лат. modulator — соблюдающий ритм)
устройство, изменяющее
параметры несущего сигнала в соответствии с изменениями передаваемого (информационного)
сигнала. Этот процесс называют модуляцией, а передаваемый сигнал модулирующим.
Слайд 141
Виды модуляторов
По виду управляемых параметров
амплитудные
частотные
фазовые
квадратурные
однополосные и т.д.
Слайд 142
Для импульсных сигналов
амплитудно-импульсные
частотно-импульсные
время-импульсные
широтно-импульсные
Слайд 143
Основные требования предъявляемые к частотным модуляторам
малые нелинейные
искажения при девиации частоты в несколько мегагерц
отсутствие паразитной амплитудной
модуляции
оптимальная крутизна модуляционной характеристики
стабильность центральной частоты
Слайд 144
В общем виде ЧМ - это генератор (ГУН),
f колебаний которого управляется Uвх модулятора.
Слайд 145
Наиболее распространенный способ частотной модуляции заключается в
воздействии на реактивные элементы колебательного контура, задающего частоту колебаний
самовозбуждающегося LC генератора.
Удобным современным элементом, применяющимся для этих целей, является варикап (варактор)
Слайд 146
Варикап
(от англ. vari(able) «переменный», и cap(acity) —
«ёмкость»)
п/п диод, работа которого основана на зависимости барьерной
ёмкости p-n перехода от обратного напряжения.
Варикапы применяются в:
схемах перестройки частоты к/ к-ра,
деления и умножения частоты,
частотной модуляции,
управляемых фазовращателей и др.
Слайд 148
Тр-р VT1 вкл. по схеме с ОБ. R1,
R2 и R3 задают режим тр-ра по -I. ПOC
через Свнутр. кол-р--эм-р тр-ра VT1 и С1. Fген. задана пар-ми II LC контура (L1, Свар., Скол. тр-ра). Для < паразитных реактивностей и упрощения схемы контур заземлен по -I. Применение VD1, VD2 , вкл. →←, улучшает форму U, вырабатываемую г-ром, приближая ее к ~. Через R4 и Др2 на VD1, VD2 подается запирающее Есм, задающее рабочую точку варикапов. Uмод. поступает через развязывающий С3. Под воздействием Uмод. меняется Свар. и, следовательно, F генератора.
Слайд 149
→ для получения ЛЧМ нужна квадратичная зависимость
С и U.
Удовлетворительная линейность получается при девиации частоты, не
превышающей
0,5-1,5 % от центральной частоты модулятора. Следовательно, при частоте 70 МГц девиация
частоты составит 0,5-0,7 МГц, что явно недостаточно для широкополосной системы.
Слайд 150
Частотный модулятор на биениях
применяются два генератора, управляемых U,
работающих на F=300-400 МГц. Fген. отличаются на величину Fпр.=70
МГц, и выбираются так, чтобы продукты преобразования F в смесителе (СМ) не создавали помех в полосе частот 50-90 МГц.
Слайд 152
Мультивибратор выполнен на комбинации каскадов с
ОБ(VT1) и ОК (VT2). Это позволяет в max. реализовать
частотные свойства тр-ров, и работать на F в сотни МГц. Рабочие режимы тр-ров задаются при помощи управляемых ген-в тока (I), вкл. в качестве эмиттерных R. ПОС осуществляется через С2. В кол-р тр-ра VT2 включен R2, с которого снимается Uвых. ген-а. При подаче Uмод. на один или оба г-ра I происходит изменение режимов т-ров и, следовательно, изменение скорости заряда - разряда С2 и, значит, осуществляется частотная модуляция.
Слайд 154
Демодуляция
(Детектирование сигнала)
процесс, обратный модуляции колебаний, преобразование модулированных колебаний
высокой (несущей) частоты в колебания с частотой модулирующего сигнала.
Демодуляцию
АМ сигнала осуществляют путём выделения огибающей сигнала-переносчика при его детектировании и фильтрации нижних частот на выходе детектора.
Слайд 155
Детектор
(демодулятор)
(лат. detector — открыватель, обнаружитель)
электронный узел
устройств, отделяющий полезный (модулирующий) сигнал от несущей составляющей.
Виды демодуляторов
амплитудный
частотный
фазовый
Слайд 157
схема с ОБ.
При «-» полуволне Sвх., пре↑
порог отпирания Б-Э перехода VT на базе выделяется постоянная
составляющая или U огибающей Sвх. АМ, т.е. происходит детектирование Sвх..
Протекающий при детектировании Iбазы тр-ра создает на R2 U, при котором Uкб VT становится «+» и он открывается, т.е. переходит в активный режим (в принципе, кремниевый тр-р работает в активном режиме при Uкб=0 или даже если Uкол. на 0,3...0,4 В < Uбазы).
В результате ↑ Iкол. и возникает U на R3, при этом из-за усилительных способностей тр-ра, Uнагр. , по абсолютной величине >, чем Uбаз.(несмотря на то, что R3 в несколько раз < R2).
Слайд 158
Недостаток простейшего тр-ого АД
повышенные нелинейные искажения огибающей
АМ Sвх. при больших амплитудах Sвх..
Этот недостаток устраняют,
вводя в схему устройства обратной связи на p-n-p транзисторе.
Слайд 159
Требования, предъявляемые к частотным детекторам:
1) малые нелинейные искажения
при девиации частоты в несколько МГц;
2) высокая крутизна демодуляционной
характеристики;
3) нечувствительность к паразитной амплитудной модуляции;
4) стабильность центральной частоты.
Слайд 160
Принцип детектирования ЧМ-сигнал
Для выделения информации из ЧМ сигнала
недостаточно просто нелинейного элемента, так как любой нелинейный элемент
при постоянной амплитуде Sвх. не реагирует на изменение f.
Поэтому частотный детектор должен содержать линейное устройство, преобразования ЧМ в АМ и амплитудный детектор.
В простом частотном Д. преобразование осуществляется колебательным контуром, расстроенным относительно средней частоты
Слайд 162
В качестве линейной системы используют RL, RC цепи,
фильтры, колебательные контуры.
ЧМ детектор на основе частотного дискриминатора.
Контура C1L1
и C2L2 настроены в резонанс на fнес., при этом C3 и C4 заряжаются с равной величиной и Uвых.=0.
При отклонении f сигнала от резонансной, разность фаз между U1 и U2 ≠90º, а будет меняться в ту или другую сторону и U на C3 и C4.
Теперь Uвых.= разности U на C3 и C4, а значит, будет изменяться пропорционально изменениям fвх. сигнала.
Слайд 163
Детектор отношений
(дробный детектор)
Подобный детектор применяется во всех радиовещательных
приемниках ЧМ сигналов.
Слайд 164
C9 поддерживает неизменную ∑ U на C7
и C8 при изменении амплитуды Sвх..
При отклонении f
от резонанса, на одном из C7-C8 U ↑, а на другом ↓, и fсиг. изменяется пропорционально отношению этих U.
Видно, что при изменении f Uвых. будет меняться и → ЧМ сигнал получит и АМ, из которой полезный Sвх. выделится амплитудным детектором, образованным VD1, R1, C2.
Линейность подобного устройства будет невысокой и на практике применяется более совершенная схема с двумя расстроенными контурами.
Слайд 165
Частотные детекторы с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ)
Фазовый детектор
(ФД) следит за разностью фаз между приходящим ЧМ сигналом
и сигналом ГУН. При несовпадении фаз вырабатывается U подстройки ГУНа, которое и является демодулированным сигналом. Для обеспечения устойчивой работы применяется ФНЧ, характеристика которого во многом определяет свойства ФАПЧ. Фазовый детектор строится на цифровых схемах типа "исключающее ИЛИ".
Слайд 167
Генератор сигналов
(генератор сигналов, от лат. generator производитель)
это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический
или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.) которые устанавливаются (или отсчитываются) с гарантированной для данного прибора точностью.
Слайд 168
Классификация генераторов
по непрерывности формируемых сигналов :
непрерывной
генерации
периодической генерации
однократной генерации
по периодичности повторяемых
сигналов :
генерирующие последовательности сигналов
… периодически
... не периодически
… однократно
генерирующие
синусоидальные (гармонические) сигналы
релаксационные (разрывные) сигналы:
прямоугольные (меандр)
треугольной формы
(как частный случай – линейно изменяющегося напряжения - ГЛИН)
других форм
по частоте :
СНЧ
НЧ
ВЧ, и т.д
Слайд 170
по специализации :
ЗЧ
импульсные
ТВ
с модуляцией
специальные, и т д.
по
амплитуде:
генерирующие сигналы
низкого напряжения
высокого напряжения
Слайд 171
по принципу работы:
стабилизированные кварцевым резонатором (генератор
Пирса)
блокинг-генераторы
LC-генераторы
RC-генераторы
генераторы на туннельных диодах
Слайд 172
Далеко не полный список устройств, в которых применяются
генераторы :
Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках),
телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
эхолоты
Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.
Слайд 173
Основные нормируемые характеристики генераторов
Диапазон воспроизводимых частот
Точность
установки частоты и её нестабильность
Диапазон установки выходных уровней
(напряжения или мощности)
Точность установки выходного уровня, погрешность аттенюатора
В зависимости от вида генератора может иметь дополнительные параметры — характеристики модуляции, временные характеристики импульсов
и т.д.
Слайд 174
Аттенюа́тор
устройство, предназначенное для снижения уровня сигналов,
обеспечивающее фиксированное или регулируемое затухание.
Схемы
сбалансированного
аттенюатора
Схемы разбалансированного аттенюатора
Слайд 175
Генераторы гармонических колебаний
(структурная схема)
Генератор гармонических колебаний представляет собой
усилитель с
Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором
(подавителем, активным фильтром).
положительной
обратной связью
Слайд 176
Функции цепи ПОС:
сдвиг сигнала по фазе для
получения петлевого сдвига близкого к n*2π
(может быть распределена
на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи)
фильтра, пропускающего нужную частоту
Слайд 177
Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний являются
1. петлевой сдвиг фазы равный n*360°±90°,
2. петлевое усиление
>1,
3. рабочая точка усилительного каскада в середине диапазона входных значений.
Слайд 178
Генераторы гармонических колебаний (осцилляторы)
Усилительный каскад, выполненный по схеме
с общим эмиттером.
В качестве коллекторной нагрузки используется резонансный
LC-контур с высокой добротностью.
Слайд 179
Сигнал ОС снимается со 2-й об-ки РК и
через Ср подается на Б тр-ра обеспечивая ∑ равный
фазовый сдвиг (баланс фаз). Если принять индуктивную связь между первичной (w1) и вторичной (w2) обмотками идеальной, для обеспечения баланса амплитуд необходимо выполнить условие:
fген. близка к fрез. КК
β - коэффициент усиления по току транзистора
W1 и W2 число витков первичной вторичной обмоток
β=
Слайд 180
Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты
При включении резонатора в
ПОС и выполнении условия баланса амплитуд на резонансной частоте
возникают автоколебания.
За счет кварцевого резонатора фаза выходного сигнала изменяется на 180°, что приводит к возникновению колебаний на резонансной частоте кварца.
Генератор синусоидальных колебаний на полевом транзисторе.
Слайд 181
Кварцевый резонатор(жарг. кварц) — прибор, в котором пьезоэлектрический
эффект и явление механического резонанса используются для построения высокодобротного
резонансного элемента электронной схемы.
(представляет собой особым образом вырезанную и отшлифованную пластину натурального или искусственного кварца.)
Слайд 182
Кварц ведет себя как RLC- РК с >
Q ( около 10000) и > стабильностью параметров.
При подаче
U на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кусок кристалла.
Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создаёт во внешней цепи противо-ЭДС, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе L в КК.
Если f подаваемого U равна или близка к f собственных механических колебаний пластинки, затраты энергии на поддержание колебаний пластинки оказываются намного ниже, нежели при большом отличии f .
Это тоже соответствует поведению КК.
Слайд 183
Триггер — это устройство последовательного типа с двумя
устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации.
Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.
Временная диаграмма работы динамического триггера
Временная диаграмма работы статического триггера
- динамические
- статические
Слайд 184
Мультивибратор
релаксационный генератор электрических колебаний прямоугольного типа
Слайд 185
Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор кратковременных импульсов
с сильной индуктивной положительной обратной связью, создаваемой импульсным трансформатором.
Слайд 186
Генераторы линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения (ГЛИН)
представляют собой
электронные устройства, выходное напряжение которых в течение некоторого времени
изменяется по линейному закону.
Если такое напряжение меняется периодически то ГЛИН называется генератором пилообразного напряжения (ГПН) или генератором напряжения треугольной формы.
Слайд 187
Если U меняется от min значения к max
(по абсолютной величине), то его называют
линейно-нарастающим.
Если меняется от
max значения к min
линейно-падающим.
Слайд 188
Применение ГЛИН
отклоняющих системах осциллографов, телевизоров
в
радиолокации
в преобразователях
“напряжение-временной интервал”
в схемах сравнения для
задержки импульсов
широтно-импульсных модуляторах и т.д.
Слайд 189
ГЛИН могут работать в режиме самовозбуждения и в
ждущем режиме, (когда период повторения пилообразного напряжения определяется запускающими
импульсами).
Режим самовозбуждения применяют, например, для получения непрерывной развертки в осциллографах, а ждущий режим - для получения ждущей развертки.
Слайд 190
Характеристики ЛИН
U0 – начальный уровень;
Um – амплитуда ЛИН
Tр
– время рабочего хода;
TО – время обратного хода;
– коэффициентом нелинейности
Слайд 191
ГЛИН строятся на принципе заряда и разряда конденсатора.
Принцип получения пилообразного U заключается в медленном заряде (или
разряде) C через большое R во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое R во время обратного хода.
Конденсатор С заряжается при разомкнутом ключе К через Rз, а разряжается при замкнутом ключе К через Rр.
Слайд 192
ГПН
Когда на Б тр-ра нулевое U (промежуток времени
между импульсами), тр-р закрыт и происходит заряд C через
Rк. Если постоянная времени цепи Rк C достаточно большая, т.е. существенно больше периода следования ПИ, U на C нарастает линейно. Заряд C продолжается до поступления импульса, открывающего тр-р VT. Когда тр-р открывается, начинается процесс разряда C. Интервал времени между отпирающими импульсами должен быть достаточным для полного разряда С.
На вход тр-ого ключа подается ППИ с заданным интервалом между импульсами и длительностью.
Слайд 194
Резонансными усилителями
называются усилители, в которых в качестве
нагрузки используются колебательные контуры.
В РПрУ РУ используются в
качестве УРЧ и УПЧ.
УРЧ могут работать как на фиксированной частоте, так и на частотах, перестраиваемых в рабочем диапазоне.
(УПЧ работают обычно на фиксированных частотах.)
Слайд 195
Классификация РУ
По типу УЭ
транзисторные
ламповые
на
интегральных микросхемах
диодах с отрицательным сопротивлением
По виду цепей связи
фильтра с УЭ и с последующим каскадом усилители с непосредственным
автотрансформаторным
трансформаторным
ёмкостным
комбинированным включением фильтра
Слайд 196
По виду резонансной цепи
одноконтурные,
двухконтурные,
многоконтурные,
с пьезоэлектрическими и электромеханическими фильтрами,
с резонансными линиями,
объёмными
резонаторами
Слайд 197
Резонансный усилитель (РУ)
Транзисторный РУ с автотрансформаторной связью
Слайд 198
РУ содержит три основных элемента:
усилительный элемент (УЭ)
источник
питания
резонансную цепь (фильтр)
(с цепями связи с
УЭ и с последующим каскадом)
Слайд 199
Транзистор VТ включен по схеме с ОЭ, резисторы
R1, R2 (базовый делитель) используются для подачи постоянного смещения
на базу относительно эмиттера Uбэо. Цепочка RэCэ используется для стабилизации точки покоя за счёт введения последовательной отрицательной обратной связи по постоянному току.
Слайд 200
Основные электрические характеристики селективного усилителя:
резонансный коэффициент
усиления – коэффициент усиления на частоте настройки избирательной системы
усилителя
(усиление в зависимости от частоты изменяется по такому же закону, как и сопротивление параллельного колебательного контура.)
полоса пропускания – полоса частот, в которой неравномерность амплитудно-частотной характеристики не превышает заданной величины (обычно определяется по уровню половинной мощности);
Слайд 201
частотная избирательность – степень уменьшения коэффициента усиления при
частотной расстройке;
коэффициент шума – показатель уровня собственных шумов
усилителя;
диапазон рабочих частот – диапазон изменения резонансных частот усилителя;
динамический диапазон – диапазон допустимых уровней входного сигнала;
устойчивость при изменении внешних условий (питание, температура);
Линейные(нелинейные и переходные)искажения.
Слайд 202
Резонансный коэффициент усиления К0 , полоса пропускания П
и частотная избирательность при расстройке Δf определяются по амплитудно-частотной
характеристике усилителя
Слайд 204
Виды радиолокации:
Пассивная радиолокация - основана на приёме собственного
излучения объекта
Активная радиолокации - РЛС излучает свой собственный зондирующий
импульс и принимает его отражённым от цели. В зависимости от параметров принятого сигнала определяются характеристики цели.
Слайд 205
Активная радиолокация :
с пассивным ответом - запросный
сигнал отражается от объекта и воспринимается в пункте приёма
как ответный
с активным ответом - на объекте предполагается наличие р/передатчика (ответчика), который излучает радиоволны в ответ на принятый сигнал
(применяется для опознавания объектов (свой-чужой), дистанционного управления, а также для получения от них дополнительной информации (например, количество топлива, тип объекта и т. д.)).
Слайд 206
В основе принципа радиолокации лежит свойство отражения электромагнитных
волн
Слайд 207
Основные принципы радиолокации
Принцип прямолинейности распространения электромагнитных волн в
однородной среде используется для определения угловых координат объекта путём
измерения направления прихода волны как вектора, перпендикулярного фазовому фронту волны.
Принцип постоянства скорости распространения электромагнитных волн позволяет определять дальность до объекта путём измерения задержки волны при распространении её от объекта до радиолокатора.
Слайд 208
Принцип малого затухания электромагнитных волн при распространении в
атмосфере и космосе, что позволяет получать большие дальности обнаружения
объектов практически в любых метеоусловиях.
Электромагнитные волны, рассеянные движущимся объектом, имеют другую длину волны по сравнению с волной облучения (доплеровское смещение частоты). Этот эффект позволяет выделять движущиеся объекты и определять их скорость путём измерения величины смещения частоты.
Слайд 209
Радиолокационная станция (РЛС)
рада́р (англ. radar от RAdio
Detection And Ranging — радиообнаружение и дальнометрия)
система для обнаружения
воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов.
Слайд 210
Задачи решаемые РЛС
обнаружение объектов;
определение их
государственной принадлежности (опознавание);
измерение координат объектов и определение
их положения;
определение параметров движения объектов, выявление их траекторий и предсказание их последующих положений;
определение некоторых физических свойств и характеристик объектов.
Слайд 211
Классификация РЛС
По сфере применения различают
военные
гражданские
По назначению
РЛС обнаружения
РЛС управления
и слежения
Панорамные РЛС
РЛС бокового обзора
Метеорологические РЛС
РЛС целеуказания
РЛС обзора обстановки
Слайд 212
По характеру носителя
Береговые РЛС
Морские РЛС
Бортовые РЛС
Мобильные РЛС
По типу
действия
Первичные или пассивные
Вторичные или активные
Совмещённые
По методу действия
Надгоризонтный радиолокатор
Загоризонтный радиолокатор
Слайд 213
В соответствии с видом излучения
РЛС непрерывного излучения
Импульсные РЛС
По
диапазону волн
Метровые
Дециметровые
Сантиметровые
Миллиметровые
Слайд 215
Способы обзора РЛС пространства за счёт перемещения направленного
луча антенны
круговой
секторный
обзор по винтовой линии
конический
по спирали
«V» обзор
линейный (самолёты ДРЛО
типа Ан-71 и А-50 (Россия-Украина) или американские с системой Авакс)
Слайд 216
РУС-1 (радиоулавливатель самолётов) «Ревень»
первый советский серийный радиолокатор.
На вооружении РККА с 1939 года.
Произведено 45 комплектов.
Передатчик
Приёмник
Слайд 217
Основные тактические характеристики
1. Зона действия (рабочая зона) —
область пространства, в которой РЛС выполняет свои функции, определенные
ее назначением.
2. Измеряемые координаты и точности их измерения определяются назначением РЛС. Существуют одно-, двух- и трехкоординатные РЛС. Измерение координат сопровождается погрешностями, которые ограничивают возможности тактического использования РЛС. Чрезмерное увеличение точности приводит к усложнению конструкции и к неоправданному повышению стоимости системы.
Слайд 218
3. Разрешающая способность РЛС характеризует возможность раздельного наблюдения
целей и измерения их параметров при малом отличии этих
параметров. Различают разрешение по дальности, по направлению и по скорости. Цели, не разрешаемые ни по дальности, ни по направлению, ни по скорости, воспринимаются радиолокатором как одна цель. Во многих случаях тактического применения РЛС разрешающая способность является характеристикой первостепенной важности, определяющей саму возможность практического использования РЛС.
4. Помехозащищенность характеризуется способностью РЛС выполнять свои функции в условиях воздействия различного рода помех, естественных и организованных.
Слайд 219
5. Пропускная способность определяется плотностью случайного потока целей,
информация о которых обрабатывается радиолокатором и выдается с заданной
точностью.
6. Время развертывания (приведения в рабочее состояние). Этот параметр характеризует возможность использования РЛС в условиях скоротечно изменяющейся обстановки.
7. Надежность. Понятие надежности является общим для РТС различного назначения. Сущность надежности определена выше.
Слайд 220
ТТХ РЛС:
Обслуживающий персонал - 3 чел (в одну
смену)
Количество транспортных единиц - 6 шт
Время развертывания -
28 часов / 22 часа
Потребляемая мощность - 100 кВт
Среднее время наработки на отказ - 250 ч
Время восстановления - 1 ч
Антенна - крестообразная ФАР
Высота антенны - 43 м
Оттяжки - в два яруса
Количество элементов ФАР:
дальномера - 27 x 6
высотомера - 6 x 24
Мощность передатчика:
- импульсная мощность - 500 кВт
- средняя мощность - 5 кВт
Слайд 221
Диапазон длин волн - метровый (13 рабочих точек,
VHF / HF)
Дальность обнаружения максимальная - 700 км
Дальность обнаружения
и измерения трех координат цели типа "истребитель" (ЭПР - 2.5 кв.м):
по дальности на высоте:
- 500 м - 65 / 70 км
- 3000 м - 170 км
- 10000 м - 310 км
- 20000 м и более - 400 км
по азимуту - 360 град
по углу места - до 16 град.
по высоте - 70 км
Дальность обнаружения и измерения трех координат цели типа "гиперзвуковая КР" (ЭПР - 0.9 кв.м):
по дальности на высоте:
- 10000 м - 250 км
- 20000-50000 м - 300 км
Слайд 222
Верхняя граница зоны обнаружения (без измерения высоты)
по высоте
- 20 км
по углу места - 45 град.
Точность измерения
координат цели с ЭОП 1,5 кв.м:
дальности
- 120 м
- 50-80 м (на серийных РЛС при величине кванта 500 м)
азимута
- 12 угл.мин.
- 7-10 угл.мин
высоты - 400 м / 500 м (на углах места более 1,5 град.)
Разрешающая способность:
- по дальности - 800 м
- по азимуту - 200 угл.мин
- по углу места - 200 угл.мин
Коэффициент подпомеховой видимости системы СДЦ - 45дБ
Количество одновременно сопровождаемых целей (трасс) - 100
Темп обновления информации - 10 с
Слайд 224
Передатчик
источник электромагнитного сигнала высокой мощности. Обычно это мощный
импульсный генератор СВЧ (СверхВысокоЧастотный) формирующий периодическую последовательность радиоимпульсов.
Слайд 225
Антенный переключатель
В случае, если передача и приём
совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно,
а чтобы мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник не ослепил приёмник слабого эха, перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала.
Слайд 226
Приёмник
Отраженный импульс появляется на входе приемника через
интервал времени. Приёмник служит для представления радиолокационной информации в
нужной потребителю форме и выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны.
Слайд 227
Структурная схема приемника с однократным преобразованием частоты:
АФТ
- антенно-фидерное устройство;
ВЦ - входная цепь;
СМ -
смеситель;
Г - гетеродин;
ДМ - демодулятор;
Н - нагрузка;
АРУ - автоматическая регулировка усиления;
АПЧГ - автоматическая подстройка частоты гетеродина;
ПРД - передатчик.
Слайд 228
Приемо-передающая антенна
Антенна служит для излучения и приёма отражённого
сигнала. имеет веерообразную диаграмму направленности, то есть узкую в
горизонтальной плоскости, и достаточно широкую в вертикальной плоскости. При вращении такая антенна обеспечивает не только требуемый обзор в вертикальной и горизонтальной плоскостях, но и измерение азимута.
Слайд 229
Диаграмма направленности
графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны
или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в
заданной плоскости
