1-Понятие информации,сообщения,сигнала.

В настоящее время информацией называют любые сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования. Для передачи и хранения информации используют различные знаки (символы), позволяющие представить её в некоторой форме. Совокупность знаков, отображающую ту или иную информацию, называют сообщением. Передача сообщений (информации) на расстояние осуществляется с помощью материального носителя (бумага, магнитная лента и т.д.) или физического процесса (звуковые, электромагнитные волны, ток и т.д.). Физический процесс, отображающий передаваемое сообщение, называют сигналом.

2-Виды сигналов

Сигналы могут быть детерминированными и случайными. Детерминированным называют сигнал, заданный в виде некоторой функции f(t) с известными параметрами. Поэтому передавать сообщение известное с полной достоверностью, т.е. детерминированное сообщение не имеет смысла. Детерминированные сигналы в устройствах электросвязи используют в качестве служебных (импульсные последовательности, пилообразный либо синусоидальный ток или напряжение и др.).

Сообщения, предназначенные для передачи, следует рассматривать как случайные события (случайные величины, случайные функции), т.е. должно существовать некоторое множество вариантов сообщений, из которых реализуется с определенной вероятностью одно, следовательно, параметры случайных сигналов могут быть известны на приемной стороне лишь с некоторой вероятностью. Однако именно эти сигналы несут информацию о событиях. Электрические сигналы могут быть непрерывными и дискретными.

Непрерывный (аналоговый) сигнал – непрерывно изменяющийся во времени и предусматривает оперирование со всеми значениями сигнала, содержит первичную информацию (пример – человеческая речь).

Дискретный (цифровой) сигнал - принимает конечное число вполне определенных значений и предусматривает оперирование с отдельными его значениями (пример – телевизионный сигнал изображения).

3-Математическая модель и параметры гармонического сигнала

ряд Фурье:

u(t) = U₀ + U_m1 sin (ω₁t + φ₁) + U_m2 sin (2ω₁t + φ₂) +…+ U_mk sin (kω₁t + φ_k) =

∞

= U₀+ ∑ U_mk sin (kω₁t + φ_k), t₀ ≤ t ≤ t₀ + Т, (1.1)

k=1

- U₀ – постоянна составляющая сигнала u(t) на интервале времени от t₀ до t₀+Т_.

- Слагаемые под знаком суммы U_mk sin (kώ₁t + φ_k) называются гармониками; гармонические колебания основной частоты ω₁ – первая гармоника, колебание 2 ω₁ – вторая и т.д.

4- Параметры импульса и импульсной последовательности

Параметры импульса

U(m)- - амплитуда импульса

А -максимальное значение в момент окончания переходного процесса;

∆А спад вершины, разность между высотой импульса в момент окончания переходного процесса и его значением в момент окончания вершины импульса;

t(u)-это интервал времени в течении которого происходит наростание напряжения

t(ф)- промежуток времени течении которого амплитуда импульса увеличивается от уровня 0,1 до 0,9

t(с)-интервал времени в течении которого напр-ие импульса уменьшается(0.9 до 0.1) Параметры импульсной последовательности

T-- период повторения импульсов, промежуток времени между одноименными фронтами двух соседних однополярных импульсов;

f = 1/ Т; - частота повторения

Q = T/ t_и - скважность импульса

5-Периодический гармонический сигнал и его спектр

Периодическим называют сигнал, значения которого повторяются через определенные равные промежутки времени, который называется просто периодом (Т)

гармоническое колебание: u(t) = U_m sin ωt.

6-Переодическая последовтельность прямоугольных импульсов,параметры и спектры

АВ-фронт имульса,ВС-вершина импульса,СД-срез импульса,АД-основание импульса.

Параметры-Т-период повторения,промежуток времени между одноименными и двух соседних одноименных импульсов

F=1/T-частота повторения

Q=T/tи-скажность ипульса

Спектр сигнала-в радиотехнике это результат разложения сигнала на более простые в басисные ортогональные функции(в качестве разложения обычно используют преобразование Фурье

7-Непереодические сигналы и их спектры

Непереодические сигналы это такие сигналы для которых нельзя указать периуд,через который значение сигнала повторяются, для них Т=∞,поэтому их нельзя представить рядом Фурье. При рассмотрении непереодических сигналов,рассматривают одиночный прямоугольный импульс

8-Ширина спектра

Под шириной спектра сигнала понимают интервал на шкале частот, в котором располагаются все спектральные линии периодического сигнала. Если этот интервал частот конечен, то говорят, что сигнал имеет ограниченный спектр. В противном случае спектр называют неограниченным.

9-Обьясните процесс преобразования прямоугольных импульсов

На рис. 5.5 показано, что частота первой гармоники определяется периодом сигнала: ω₁=2π/Т. если период оставить неизменным, а изменять только длительность импульса (рис. 5.6 а и в), то частота первой гармоники будет той же самой для обоих сигналов, но изменится скорость убывания амплитуд гармоник (рис 5.6 б и г). Чем короче импульс, тем медленнее убывают амплитуды гармоник и тем соответственно , большим числом гармоник следует представлять прямоугольные импульсы, чтобы сохранить достаточную степень их «прямоугольности»

Таким образом, сигналы произвольной формы (не только прямоугольные импульсы) можно представить как сумму обыкновенных синусоид. Как уже говорилось ранее, в первые это доказал в 20-х годах ХIХ века французский математик Ж. Фурье. Такой набор синусоид получил название спектр Каждый сигнал, отличающийся от других по форме, имеет свой сугубо индивидуальный спектр, т.е. его можно получить только из синусоид со строго определенными частотами и амплитудами.

10-Степень (прямоугольности)прямоугольного импульса

Степень прямоугольности импульсов определяется,так сколько синусоид с более высокими частотами колебаний суммируется

11-Структурная схема одноканальной системы связи

Структурная схема одноканальной системы электросвязи (рис.5.1). От источника сообщений в передающее устройство поступает сообщение а, которое может иметь любую физическую природу (изображение, звуковое колебание и т.п.) в преобразователе сообщения в сигнал преобразуется в первичный электрический сигнал b(t). В телефонии этот сигнал из акустических колебаний преобразуется в пропорционально изменяющееся электрическое напряжение на выходе микрофона.

В телеграфии последовательность сообщений (букв) заменяется последовательностью кодов (0,1 или точка, тире), которые одновременно преобразуются в последовательность импульсов постоянного тока.

В передатчике первичный сигнал b(t) (низкочастотный) модулирует вторичный (высокочастотный) u(t). Полученный сигнал u(t) используется для передачи по линии связи.

12-Каналы связи

Каналом связи называют совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до точки Б (рис.5.2) Часть системы связи, расположенной до точки А является источником сигнала для этого канала. Если входные и выходные сигналы канала являются дискретными (по уровню), то канал дискретный. Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными по уровню), то канал непрерывный. Встречаются каналы непрерывно-дискретные и дискретно-непрерывные.

13-Классификация электрических цепей

Электрической цепью называют совокупность устройств и объектов, предназначенных для распределения, взаимного преобразования и передачи электрической и других видов энергии и (или) информации.

Цепи можно классифицировать по типу элементов, из которых они состоят, например, резистивные цепи — цепи, состоящие из резисторов и источников энергии, электронные цепи — цепи, содержащие электронные лампы и транзисторы, и т. д.

14-Линейные и нелинейные цепи

Линейная цепь– в такой цепи существует линейная зависимость между подведенным напряжением и протекающим по цепи током. ВАХ линейной цепи представляет собой прямую линию.(Примерт линейной цепи-идеальный резистор,трансформатор без стального сердечника, электрический фильтр).Нелинейная цепь – такая цепь содержит хотя бы один нелинейный элемент,в такой цепи параметры зависят от значения и направления проходящего через них тока или подведенного к ним напряжения.(Примеры нелинейной цепи – диоды, транзисторы, Электронные лампы, трансформатор со стальным сердечником ).

15-Аппроксимация вольтамперных характеристик(ВАХ)

Анализ схем начинается с аппроксимации, т.е. в приближенном аналитическом представлении, графически заданной нелинейной ВАХ i = Ф(u).

Рассмотрим простейшие способы аппроксимации. Аппроксимация с помощью степенного полинома n-й степени:

n

i = ∑a_k u^k = a₀ + a₁ u + a₂ u² + a₃ u³ + …+ a_n uⁿ (5.1).

k=1

Прежде определяется интервал аппроксимации ∆V, т.е. возможные изменения напряжения u. В пределах указанного интервала ∆V необходимо выбрать n+1 напряжений u=u_k (от u₁ до u_n+1), каждому из которых соответствуют токи i = i_k (от i₁ до i_n+1). Затем интервал ∆V делят на n – равных частей рис.5.1

В теории нелинейных цепей с целью аппроксимации используют полиномы невысоких порядков:

- полинома первой степени (к=1), i = a₀ + a₁ u;

- полинома второй степени (к=2), i = a₀ + a₁ u + а₂u²;

- полинома третьей степени (к=3), i = a₀ + a₁ u + а₂u²+ а₃u³;

- полинома четвертой степени (к=4), i = a₀ + a₁ u + а₂u²+ а₃u³+ а₄u⁴; (5.2)

- полинома пятой степени (к=5), i = a₀ + a₁ u + а₂u²+ а₃u³+ а₄u⁴+ а₅u⁵;

С увеличением n сложность решения (5.2) увеличивается, поэтому без необходимости не следует увеличивать степень полинома (5.1).

16-Полиноминальная аппроксимация (ВАХ)

. i = f (U₀) + 0,5 а₂U²_m1 + а₁ Um₁sin ω₁t - 0,5 а₂U²_m1cos 2ω₁t

| U₀ - U_m1 до U₀ + U_{m1 - пределы значений аргумента}

17-Анализ спектра отклика на гармоническое воздействие .Спектр воздействия.Спектр отклика

Если u(t) – входной сигнал, а i(t) – выходной, то следует вывод: спектр сигнала при прохождении через нелинейную цепь всегда изменяется; спектр выходного сигнала содержит большее число спектральных линий, чем спектр воздействия; в данном случае характеристика нелинейной цепи представлена полиномом второй степени, поэтому наивысшая частота в спектре отклика нелинейной цепи равна удвоенной частоте гармонического воздействия. Аналогично, характеристика нелинейной цепи представлена полиномом третьей степени, то наивысшая частота в спектре отклика равна утроенному значению частоты гармонического воздействия (в спектре нелинейной цепи имеется 3-я гармоника). В случае представления полиномом степени n, то ток будет иметь ограниченный спектр, при этом номер высшей гармоники совпадает со степенью полинома n.

18-Анализ спектра отклика на бигорманическое воздействие.Спектр воздействия,спектр отклика.

Бигармоническое воздействие на нелинейную цепь предствляет собой сумму 2-х гармон. Колебаний с разными частотами.

i(t)=f(U0)+A1[Um1sinW1t+Um2sinW2t]+A2[Um1sinW1t+Um2sinW2t]2

Cпектр отклика при бигармоническом воздействии(одновременном) с частотами W1и W2 в спектре тока появляются новые спектральные линии на частотах W1-W2 и W2+W1. Эти частоты зовут комбинационными( они появляются только при совместном воздействии на нелинейный элемент 2-х гармон. напр.)

19-Метод угла отсечи.

Физический смысл угла отсечки 0 и коэфициентоа Берега

Угол отсечки это часть периуда в течении которого в цепи течет ток,это углавая мера меньше 300градусов

Физический смысл угла отсечки иллюстрирует рис. 5.3. Если U₀ = 0, то θ = 90^о и выходной ток существует в течение полупериода. С увеличением U₀ до U_m угол отсечки уменьшается от 90^о до 0^о и, следовательно, время протекания тока сокращается. При этом меняются форма импульса тока и амплитуда гармоник, составляющих этот импульс. Таким образом, при гармоническом воздействии ток i(t) имеет импульсный характер, остальная часть гармонического колебания как бы отсекается, поэтому такой режим работы нелинейного элемента называется режимом с отсечкой, а параметр θ углом отсечки.

Коэф. Берга представляют нормированные амплитуды спектр. составл. тока и определяет влияние угла отсечки на амплитуду соотв. гармоники

20-Принцип умножения частоты.Схема умножителя частоты

Принцип умножителя частоты состоит в получении из гармонического колебания с частотой W0 другого гармонического колебания с частотой nW0,где n-целое положительное число

Контур L₂C₂ в выходной цепи настроен на частоту нужной гармоники nω тока коллектора i_k(t). Если добротность контура достаточно велика, то напряжение u_вых (t) пропорционально току этой гармоники и является гармоническим колебанием с частотой nω. Остальные гармоники тока коллектора отфильтровываются, т.к. сопротивление контура на их частотах практически равно нулю.

21-Принцип преобразования частоты.Схема преобразователя частоты

Принцип преобразования частоты состоит в том что сигнал подлежащий преобразованию умножается на гармоническое колебание с частотой омега р.

В качестве нелинейного элемента используется транзистор VT. Для преобразования частоты наилучшие условия, если зависимость i_б = f (u_бэ) квадратичная, т.е. i_б = i_б0 + a₁u_бэ + a₂u²_{бэ.Входные колебания с частотами омега,проходят через НЭ на его выходе управления коллектор током и ненужные колебания с частотами фильтруются полюсовой тр-р}

22-Классификация генераторов.Структурная схема автогенератора

Условия и режимы самовозбуждения

Режим мягкого самовозбуждения-в этом режиме раб точкой А выбирают на линейном участке(ВАХ)усилительного элемента,что обеспечивает начальные режимы работы усилительного элемента без отчечки выходного тока.В этих условиях самовозбуждеиня возникает от самых незначительных изменений входного напр-ия Uвх.Сначало колебания возникает достаточно быстро,затем из за нелинейности ВАХ усилит-го элемента,рост амплитудно колебаний замедляется,при этом средняя крутизна Sср и Kос (коэф обратной связи)уменьшается. Нарастание колебаний происходит до тех пор пока коэф передачи К уменьшится до единицы.В результате в автогенераторе устанавливается стационрный режим,который соответствует определенная аплитуда и угол отсечки вых тока-больше 90градусов.Частота колебаний близка к разносной частоте колебательной систем

Режим жесткого самовозбуждения-при этом режиме напр-ия смещения U0 задают таким,чтобы при малых аплит.Uвх ток через усилительный элемент не проходил.тогда незначит колебания возникающие в контуре не могут вызвать ток в вых цепи и самовозбужд.автогенератора не возникает,колебания возникают только при достаточно большой начальной амплитуде.Uбыстро нарастают

В стационарном режиме усилительный элемент работает с углом отсечки вых тока –меньше 90 градусов,что обеспечивает более высокий КПД автогенератора и меньшие тепловые патери,поэтому в стацион режиме автогенератора выгоден режим с малым углами отсечки выходного тока усилительного элемента.

23 -Трехточечная обобщенная схема LCгенератора,LC-генератор с индуктивной и емкостной связью

Схема автогенератора LC типа. Обобщенная трехточечная схема.

В обобщенной схеме, изображенной на рис.5.4а), колебательная система, состоящая из трех реактивных сопротивлений Х_кб, Х_бэ, Х_кэ, подключена к транзистору в трех точках: к, б, э, что и определило название схемы.

Рис.5.4 Трехточечные схемы атогенераторов:

а – обобщенная; б – индуктивная; в – емкостная

24-RC-генератор с мостом Вина

Генератор строится на основе усилителя с частотно-зависимой положительной обратной связью, которая осуществляется элементами С₁R₁ и C₂ R₂, при чем R₁= R₂ = R_, С₁= С₂ = С_. В схеме осуществляется баланс фаз, который необходим для самовозбуждения генератора на одной частоте f = 1/2π RC

2 6- Процесс модуляции - обеспечивает использование электромагнитной волны в качестве переносчика сообщений, состоит в том, чтобы в исходное высокочастотное колебание до возбуждения им передающей антенны или линии передачи, ввести пе-редаваемое сообщение или содержащее это сообщение сигнал.

Модуляция – это процесс медленного изменения во времени значений одного или не-скольких параметров (амплитуды, частоты или фазы) в соответствии с изменениями пере-даваемого сигнала. В технике передачи сообщений с помощью электриче-ских сигналов используют несколько способов модуляции (амплитудная модуляция (АМ) – по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда несущих колебаний; частот-ная модуляция (ЧМ) - изменяется мгновенная частота; фазовая модуляция (ФМ) – изменя-ется фаза; импульсная модуляция).

m =U_max – U_min / U_max + U_min - коэффициент модуляции

(а) - схема временной диаграммы сигналов.

28- Виды модуляции: Амплитудная модуляция (АМ), Частотная модуляция (ЧМ), Фазовая модуляция (ФМ), Импульсная модуляция (ИМ).

Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда. Недостаток амплитудной модуляции состоит в том, что АМ-сигнал сильно подвержен действию помех и шумов, а также предъявляет повышенные требования к затуханию сигнала в канале связи. Достоинства – простота аппаратурной реализации и узкий частотный спектр.

29) Математическая модель тока i(t) = I_m sin (2πf t + φ)

где I_m –амплитуда; f – частота; φ – начальная фаза колебания, т.е. фаза гармонического колебания в момент времени t = 0. Вместо f часто используют обратную величину Т = 1/f , называемую периодом гармонического колебания. Аналогично для напряжения -

u(t) = U_msin (2πf t + φ)

далее для сокращения записи будем использовать обозначение

ω = 2πf – параметр гармонического колебания (угловая частота).

3 0) Спектр амплитудно-модулированного колебания

состоит из частоты несущего колебания и двух боковых частот, симметричных относительно несущей, с одинаковыми амплитудами (рис.5.3б). Спектр первичного сигнала s(t) приведен на (рис. 5.3 (а)). Если первичный сигнал сложный и его спектр ограничен частотами Ω_min и Ω_max (рис.5.3в), то спектрАМ колебания будет состоять из несущего колебания и двух боковых полос, симметричных относительно несущей (рис.5.3 г).

31)Схемы модуляторов

Схема (а) и временные диаграммы сигналов (б) модулятора на основе резонансного усилителя

32)Демодуляция ам сигналов.

Демодуляция (детектирование). Для выделения сообщения из принятого высокочастотного сигнала необходимо восстановить модулирующий сигнал, который был внесен в высокочастотное несущее колебание при его модуляции. Преобразование, обеспечивающее такое выделение является обратным модуляции и поэтому называется демодуляцией или детектированием. В результате демодуляции восстанавливается сигнал, который в идеальном случае является копией модулирующего сигнала и называется принимаемым сигналом. Демодуляция осуществляется в устройстве называемым демодулятором или детектором. Широкое применение нашли детекторы двух видов: диодный и коллекторный.

33)Схемы детекторов.

Линейными называют детектор, у которого ВАХ имеет кусочно-линейную аппроксимацию, состоящей из двух линейных участков различной крутизны. Такая аппроксимация дает достаточно точные результаты при входных воздействиях большой амплитуды. При квадратичном режиме обязательно возникают нелинейные искажения сигнала, поэтому этот режим используется ограниченно.

34)Теорема Котельникова

Если непрерывный сигнал U(t) имеет огр. Спектр частот F, то может полностью и однозначно восстановлен по его дискретным отсчетам,взятым с частотой дискретизации fд=2F2, т.е. через интервал времени tд=1/2Fв

35)Модуляция и детектирование при импульсном переносчике

Таким образом, процесс дискретизации состоит в том, что из непрерывного во времени сигнала выбираются отдельные его значения, соответствующие моментам времени (0, t_д, 2t_д, 3t_д, 4t_д,…) и через определенный временной интервал от 0 до t_д.

Виды амплитудно-импульсной модуляции:

А – модулятор АИМ-1; б – АИМ-1; в – АИМ-2

Спектр АИМ-сигнала.

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ для восстановления непрерывного сигнала из дискретного без искажений необходимо частоту дискретизации f_д выбирать не ниже удвоенной ширины его спектра.

Чтобы восстановить исходный сигнал из дискретного, достаточно дискретный сигнал пропустить через фильтр нижних частот (ФНЧ) с граничной полосой пропускания F и подавить все «боковые» спектры. Если низкая частота дискретизации и интервал дискретизации большой, то произойдет наложение на спектр исходного сигнала «бокового» спектра. А это приведет к искажению формы исходного спектра, а значит к отличию восстановленного сигнала от исходного. Наоборот, при высокой частоте дискретизации и малом интервале дискретизации восстановление происходит без искажений.