Методология системотехнического проектирования электронных и радиоэлектронных средств (в двух частях)

Контрольные вопросы

1.Что такое декомпозиция «черного ящика»?

2.Что является основанием декомпозиции «черного ящика»?

3.Почему возникает вопрос о поиске компромисса между полнотой и простотой анализа «черного ящика»?

4.Какие принципы необходимо учитывать при поиске компромисса между полнотой и простотой анализа модели «черного ящика»?

5.Какие различают типы сложности в анализе «черного ящика»?

6.Как осуществляется переход от модели «черного ящика» к структурным схемам системы?

7.Какие модели более развиты, чем модель «черного ящика»?

8.Что такое функциональная структура?

9.Каким образом можно формализовать произвольный физико-технический эф-

фект?

10.В чем заключается вывод основных физических операций?

11.Можно ли воспользоваться образной аналогией и представить некоторые технические системы в виде математических формул, в которых математические переменные будут аналогами физических процессов, а математические операции над ними –действиями функциональных узлов над этими процессами? Ответ обоснуйте.

12.Какие логические операции используются в технических системах? Приведите примеры использования каждой логической операции.

13.Что такое модель состава системы? Приведите примеры.

14.Что такое модель структуры системы? Приведите примеры.

15.Какая модель строится первой: модель состава или модель структуры? Ответ обоснуйте.

16.Каким образом и по каким основаниям проводится классификация функциональных узлов?

17.Какие функциональные узлы вы знаете?

18.Почему при проектировании системы важно знать технические характеристики, параметры и свойства её компонентов?

19.В какой последовательности рекомендуется изучать функциональные узлы

ЭРЭС?

20.Что такое условно-графические и позиционные обозначения функциональных узлов?

21.С помощью какихпримеров можнопроиллюстрироватьвнутреннюю целостность систем?

22.Что такое эмерджентность?

23.Какие существуют способы соединения функциональных узлов на электрических структурных схемах?

24.В какой последовательности рекомендуется изучать технические системы

иустройства?

25.Какие типы систем ЭРЭС вы знаете?

26.В какой формепредставляются электрическиеструктурныесхемы и электрические функциональные схемы?

27.Каковы правила чтения электрических структурных схем ЭРЭС?

96

Упражнения

1.Примените правила чтения структурных электрических схем к схемам из пункта 4.4.5.

2.Придумайте задачи для следующих обобщенных условий:

–заданы процессы (во временной и частотной областях отдельно) на входе и выходе ФУ. Идентифицируйте и назовите ФУ;

–задан процесс на входе ФУ и ФУ. Найдите процесс на выходе;

–задан процесс на выходе ФУ и ФУ. Найдите процесс на входе;

–задан ФУ. Определите типы процессов, с которыми работает ФУ;

–заданы процессы на входе и выходе совокупности последовательно включенных ФУ. Идентифицируйте используемые ФУ;

–задан процесс на входе ФУ и последовательность ФУ. Найдите процесс на выходе;

–задан процесс на выходе ФУ и последовательность ФУ. Найдите процесс на входе;

–заданы процессы на входах и выходе соединенных друг с другом ФУ. Определите способ соединения ФУ;

–заданы процессы на входе и выходе ЧЯ. Проведите декомпозицию ЧЯ. Получившуюся структурную схему обоснуйте. Сформулируйте требования к каждому ФУ СЭС с точки зрения характеристик процессов на входе и выходе ЧЯ;

–задана потребность пользователя. Можно ли удовлетворить эту потребность, используя ТС, работа которой не основана на физических принципах электроники и радиотехники? Ответ аргументируйте.

3. Пользуясь алгоритмом чтения СЭС, напишите алгоритм работы какой-либо технической системы.

4. Определите напряжение на зажимах нагрузки в схеме, изображенной ниже.

5.Определите границы частотной характеристики (по уровню 3 дБ) системы в целом, схематически представленной ниже, если для блоков W1, W2, W3 нижняя и верхняя границы полосы пропускания по уровню 3 дБ равны соответственно 10 Гц

и10 кГц; 100 Гц и 50 кГц; 2 Гц и 1000 Гц.

6.Определите коэффициент усиления по напряжению и выходной импеданс усилителя, требуемые для получения 10 Вт (максимальная мощность) на 8-омном репродукторе, в схеме, представленной ниже.

97

(Вычислите максимальную скорость изменения синусоидального напряжения и сравните её с заданной величиной.)

16.Десятиканальный аналоговый мультиплексор и усилитель выборки и запоминания должны обеспечивать выборку напряжения амплитудой 5 В с максимальным темпом 1 кГц. Ошибка выборки недолжна превышать 0,1% полной амплитуды. Укажите, каким требованиям по параметрам должны отвечать мультиплексор

иусилитель выборки и запоминания. Разработайте полную структурную схему устройства. (Для решения используйте литературу из списка рекомендуемой.)

17.Цифроаналоговый преобразователь производит преобразование 12-разряд- ного информационного слова в напряжение. Наибольшему числу соответствует

напряжение 10 В. Точность преобразования составляет 0,1 %. Определите разрешающуюспособностьЦАПв процентах. Выразитеразрешающуюспособностьчерез величину напряжения. Определите допуск (предельный) на сопротивления резистивной части схемы. (Для решения используйте литературу из списка рекомендуемой).

18.Нарисуйте структурную схему АЦП и определите его основные параметры при условии, что устройство должно отвечать следующим требованиям: точность 0,5 % полной амплитуды (10 В); скорость установления преобразуемого сигнала 10 В/мкс. В систему входит усилитель выборки и запоминания. Учтите, что нет смысла делать число разрядов преобразователя более 14. Наименьшее время преобразования составляет около 2 мкс.

19.Объясните действие АМ-приемника с гетеродином. Нарисуйте его структурную схему.

20.Приведитепримерычастотногоуплотненияканалов, опишитеструктурную

схему.

21.Приведите примеры временного уплотнения каналов, опишите структурную схему.

22.Сигнал с полосой 100–1000 Гц необходимо передать с использованием амплитудно-импульсной модуляции. Какова должна быть частота импульсов, если избегать чрезмерного искажения сигналов (не более 5 %) и слишком высокой частоты выборки? Объясните ваш выбор.

23.Приведите примеры использования телеметрии в системах контроля и управления. Нарисуйте структурную схему системы контроля бортовой аппаратуры корабля, использующей методы телеметрии.

24.Работа измерителя уровня бензина в старом автомобиле заключается в измерении тока через переменное сопротивление, регулируемое поплавком. Поплавок перемещается при изменении уровня бензина. Опишите систему и нарисуйте её функциональную схему. Является ли она системой с обратной связью? Опишите основные недостатки системы. Определите источники ошибок и оцените общую точность системы.

25.Опишите и разработайте структурную схему 10-канальной системы контроля температуры, использующей 10 датчиков температуры, один аналоговоцифровой преобразователь и 10 цифровых индикаторов. Выберите подходящий

99

датчик для диапазона температур 0–100 С. Подберите эффективную телеметрическую систему для передачи температурных данных.

26.Пользуясь структурой пункта 4.4.5 (ТС: определение; назначение; классификация; основные технические характеристики; структурная электрическая схема; описание алгоритма работы; перспективы развития), исследуйте следующие ТС: системы электросвязи; телевизионные системы; системы радиоэлектронной борьбы; системы телеметрии; ретрансляционные системы; радионавигационные системы. Сделайте презентацию с докладом на семинаре.

27.Четыре радара передают в цифровую схему логические сигналы A, B, C

иD, которые могут быть равны 1 или 0. Сигнал А первого радара имеет состояние 1, если он фиксирует самолет. Второй радар выдает В=1, если самолет летит по направлению к радарам на высоте не менее 2000 м, третий радар фиксирует изменение курса. Он выдает С=0, если курс самолета меняется в течение интервала времени t . Если одновременно ещё один самолет влетает в воздушное пространство, четвертый радар выдает D=1. Схема должна работать следующим образом. На выходе Z появляется сигнал логической единицы, если зафиксирован самолет, который летит к радарамна высотедо2000 м с неизменным курсом и в зоне действия радаров не наблюдается одновременно ещё один самолет, или радар фиксирует самолет, летящий на высоте более 2000 м, с неизменным в течение времени t курсом, но в зоне действия радаров зафиксирован ещё один самолет. Требуется синтезировать максимально простую схему, удовлетворяющую описанному техническому заданию. Схема должна быть реализована в базисе ИЛИ-НЕ.

Рекомендуемая литература

1.Крук Б.И. Телекоммуникационные системы и сети : учеб. пособие : в 3 т. Т. 1: Современные технологии / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов. – Изд. 3-е, испр. и доп. – М. : Горячая линия – Телеком, 2003. – 647 с.

2.Телекоммуникационные системы и сети : учеб. пособие : в 3 т. Т. 2:

Радиосвязь, радиовещание, телевидение / Г.П. Катунин, Г.В. Мамчев, В.Н. Попантонопуло [и др.] ; под ред. проф. В.П. Шувалова – Изд. 2-е, испр. и доп. – М. : Горячая линия – Телеком, 2004. – 672 с.

3.Телекоммуникационные системы и сети : учеб. пособие: в 3 т. Т. 3: Мультисервисные сети / В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов [и др.] ; под ред. проф. В.П. Шувалова. – М. : Горячая линия – Телеком, 2005. – 592 с.

4.Тихонов В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств

исистем : учеб. пособие для вузов / В.И. Тихонов. – М. : Радиои связь, 1991. – 608 с.

5.Топчеев Ю.И. Задачник по теории автоматического регулирования : учеб. пособие для вузов / Ю.И. Топчеев, А.П. Цыпляков. – М. : Машиностроение, 1977. – 592 с.

6.Анализ и проектирование ВЧ и цифровых систем с помощью Keysight SystemVue : учеб. пособие. – Keysight Technologies, 2014. – 136 с.

100

7.Каганов В.И. Радиоэлектронные системы автоматического управления. Компьютеризированный курс : учеб. пособиедля вузов / В.И. Каганов. –М. :Горячая линия – Телеком, 2009. – 432 с.

8.Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Компьютеризированный курс : учеб. пособие / В.И. Каганов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Форум : Инфра-

М, 2018. – 498 с.

9. Проектирование радиопередатчиков : учеб. пособие для вузов / В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев [и др.] ; под ред. В.В. Шахгильдяна.

–4-е изд., перераб. и доп. – М. : Радио и связь, 2000. – 656 с.

10.Радиопередающие устройства : учеб. для вузов / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин [и др.] ; под ред. В.В. Шахгильдяна. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Радио и связь, 2003. – 560 с.

11.Румянцев К.Е. Радиоприёмные устройства : учеб. / К.Е. Румянцев. – М. :

Академия, 2006. – 336 с.

12.Румянцев К.Е. Прием и обработка сигналов: сборник задач и упражнений : учеб. пособие для вузов / К.Е. Румянцев. – М. : Академия, 2006. – 368 с.

13.Щепетов А.Г. Основы проектирования приборов и систем: учебник и практикум для академического бакалавриата / А.Г. Щепетов. – М. : Юрайт, 2016. – 458 с.

14.Шибаев А.А. Схемо- и системотехника электронных средств : учеб. пособие / А.А. Шибаев. – Томск : Эль Контент, 2014. – 190 с.

чановский ; под ред. В.А. Андреева. – 7-е изд., перераб. и доп. – М. : Горячая линия

–Телеком, 2009. – 424 с.

16.Направляющие системы электросвязи : учеб. для вузов : в 2 т. Т. 2: Проектирование, строительство и техническая эксплуатация / В.А. Андреев, А.В. Бурдин, Л.Н. Кочановский [и др.] ; под ред. В.А. Андреева. – 7-е изд., перераб. и доп. – М. : Горячая линия – Телеком, 2010. – 424 с.

17.Акустика : учеб. для вузов / Ш.Я. Вахитов, Ю.А. Ковалгин, А.А. Фадеев [и др.] ; под ред. проф. Ю.А. Ковалгина. – М. : Горячая линия – Телеком, 2009. – 660 с.

18. Электроакустика и звуковое вещание : учеб. пособие для вузов / И.А. Алдошина, Э.И. Вологдин, А.П. Ефимов [и др.] ; под ред. Ю.А. Ковалгина. – М.

:Горячая линия – Телеком, Радио и связь, 2007. – 872 с.

19.Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов : учеб. пособие для вузов / Е.А. Колосовский. – М. : Горячая линия – Телеком, 2007. – 456 с.

20.Костиков В.Г. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование : учеб. для вузов / В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов, В.А. Шахнов. – 2-е изд. – М. : Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с.

21.Крухмалев В.В. Цифровыесистемы связи : учеб. пособие/ В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов. – М. : Горячая линия – Телеком, 2007. – 351 с.

22.Мамчев Г.В. Основы радиосвязи и телевидения : учеб. пособие / Г.В. Мамчев. – М. : Горячая линия – Телеком, 2007. – 416 с.

101

23.Мамчев Г.В. Теория и практика наземного цифрового телевизионного вещания : учеб. пособие для вузов / Г.В. Мамчев. – М. : Горячая линия – Телеком, 2012. – 340 с.

24.Радиосистемыпередачи информации:учеб. пособиедлявузов / В.А. Васин, В.В. Калмыков, Ю.Н. Себекин [и др.] ; под ред. И.Б. Федорова, В.В. Калмыкова. – М. : Горячая линия – Телеком, 2005. – 472 с.

25.Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике / Т.Р. Брахман. – М. : Радио и связь, 1984. – 288 с.

26.Честнат Г.Техника больших систем (средства системотехники) / Г. Честнат

;пер. с англ. И.Н. Васильева, Е.Н. Дубровского, А.С. Манделя, В.Ю. Невраева ; под ред. О.И. Авена. – М. : Энергия, 1969. – 686 с.

27.Сурмин Ю.П. Теория систем и системный анализ : учеб.-метод. пособие / Ю.П. Сурмин. – Киев : МАУП, 2003.

28.Ротхаммель К. Антенны : в 2 т. / К. Ротхаммель. – Изд. 11-е, испр. – М. : Додека, 2005.

29.Электронные промышленные устройства : учеб. для студ. вузов спец. «Промышленная электроника» / В.И. Васильев, Ю.М. Гусев, В.Н. Миронов [и др.]. –

М. : Высш. шк., 1988. – 303 с.

30.Мишенков С.Л. Электроакустика и звуковое вещание: конспект лекций : учеб. пособие для вузов / С.Л. Мишенков, О.Б. Попов. – М. : Горячая линия – Телеком, 2011. – 156 с.

31.Каганов В.И. Колебания и волны в природе и технике. Компьютеризированный курс : учеб. пособие для вузов / В.И. Каганов. – М. : Горячая линия – Телеком, 2008. – 336 с.

32.Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов : учеб. пособие для вузов / Е.А. Колосовский. – М. : Горячая линия – Телеком, 2007. – 456 с.

33.Основы электроники, радиотехники и связи : учеб. пособие для вузов / А.Д. Гуменюк, В.И. Журавлев, Ю.Ю. Мартюшев [и др.] ; под ред. Г.Д. Петрухина. – М. : Горячая линия – Телеком, 2008. – 480 с.

34.Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи : учеб. пособие для вузов / В.И. Каганов, В.К. Битюков. – М. : Горячая линия – Телеком, 2007. – 542 с.

35.Аржанов В.А. Проектирование радиоприемных устройств : учеб. пособие / В.А. Аржанов, А.П. Науменко. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2008. – 312 с.

36.Ворона В.А. Радиопередающиеустройства. Основытеории и расчета : учеб. пособие для вузов / В.А. Ворона. – М. : Горячая линия – Телеком, 2007. – 384 с.

37.Крук Б.И. Основы спектрального анализа : учеб. пособие для вузов / Б.И. Крук, О.Б. Журавлева. – М. : Горячая линия – Телеком, 2013. – 148 с.

38.Качала В.В. Основы теории систем и системного анализа : учеб. пособие для вузов / В.В. Качала. – 2-е изд., испр. – М. : Горячая линия – Телеком, 2012. – 210 с.

39. Spiridon S. Toward 5G Software Defined Radio Receiver Front-Ends / S. Spiridon // Springer briefs in electrical and computer engineering. – Springer. – 2016.

– 112 p.

102

40.Palicot J. Radio Engineering: From Software to Cognitive Radio / J. Palicot. – Wiley, 2011. – 384 p.

41.Arslan H. Cognitive Radio, Software Defined Radio, and Adaptive Wireless Systems / H. Arslan // Signals and Communication Technology. – Springer. – 2007. – 476 p.

42.Van der PerreL. GreenSoftwareDefinedRadios Enablingseamless connectivity while saving on hardware and energy / L. Van der Perre, J. Craninckx, A. Dejonghe. – Springer. – 2009. – 161 p.

43.Giannini V. Baseband AnalogCircuits for SoftwareDefinedRadio/ V. Giannini, J. Craninckx, A. Baschirotto // Analog Circuits and Signal Processing. – Springer. – 2008.

– 151 p.

44.Шейнголд Д. Справочник по нелинейным схемам. Проектирование устройств на базе аналоговых функциональных модулей и интегральных схем / под ред. Д. Шейнголда ; пер. с англ. под ред. В.В. Малинина. – М. : Мир, 1977. – 530 с.

45.Электронные приборы и устройства на их основе: Справочная книга / Ю.А. Быстров, С.А. Гамкрелидзе, Е.Б. Иссерлин [и др.]. – М. : РадиоСофт, 2002. – 656 с.

46.Рег Дж. Промышленная электроника / Дж. Рег. – М. : ДМК Пресс, 2011. –

1136 с.

47.Бриндли К. Карманный справочник инженера электронной техники : пер. с англ. / К. Бриндли, Дж. Карр. – М. : Додэка-XXI, 2002. – 480 с.

48.Дэвис Дж. Карманный справочник радиоинженера :пер. сангл. / Дж. Дэвис,

Дж. Карр. – М. : Додэка-XXI, 2002. – 544 с.

49.Алейников А.Ф. Датчики (перспективные направления развития) : учеб. пособие / А.Ф. Алейников, В.А., Гридчин М.П. Цапенко ; под ред. проф. М.П. Цапенко. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2001. – 176 с.

50.Сторожев В.В. Системотехника и мехатроника технологических машин и оборудования : моногр. / В.В. Сторожев, Н.А. Феоктистов ; под ред. д-ра техн. наук, проф. Н.А. Феоктистова. – М. : Дашков и Ко, 2015. – 412 с.

Список литературы

1.Перегудов Ф.И. Введение в системный анализ : учеб. пособие для вузов / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко. – М. : Высш. шк., 1989. – 367 с.

2.Половинкин А.И. Основы инженерного творчества : учеб. пособие для студентов втузов / А.И. Половинкин. – М. : Машиностроение, 1988. – 368 с.

3.Коллер Р. Методы конструирования машин, приборов и аппаратов : пер. с

англ. / Р. Коллер. – М. : Мир, 1980. – 132 с.

4.Электронные приборы и устройства на их основе : Справочная книга / Ю.А. Быстров, С.А. Гамкрелидзе, Е.Б. Иссерлин [и др.]. – М. : РадиоСофт, 2002. – 656 с.

103

5. Радиотехника: Энциклопедия / под ред. Ю.Л. Мазора, Е.А. Мачусского,

В.И. Правды. – М. : Додэка-XXI, 2010. – 944 с.

6. Электроакустика и звуковое вещание : учеб. пособие для вузов / И.А. Алдошина, Э.И. Вологдин, А.П. Ефимов [и др.] ; под ред. Ю.А. Ковалгина. – М. : Горячая линия–Телеком, Радио и связь, 2007. – 872 с.

7.Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи : учеб. пособие / В.И. Нефедов, А.С. Сигов ; под ред. В.И. Нефедова. – М. : Высш. шк., 2009. – 735 с.

8.Яценков В.С. Секреты зарубежных радиосхем : учебник-справочник для мастера и любителя / В.С. Яценков. – М. : Майор, 2004. – 112 с.

9.Зорин А.Ю. Условно-графические обозначения на электрических схемах / А.Ю. Зорин ; под ред. А.И. Питолина. – М.: Изд. дом МЭИ, 2007. – 74 с.

10.Ярушин С.Г. Проектирование нестандартного оборудования : учеб. / С.Г. Ярушин, А.Г. Схиртладзе. – 2-е изд, перераб. и доп. – Пермь : Пермский гос.

техн. ун-т, 2004. – 440 с.

11.Николаев В.И. Системотехника: методы и приложения / В.И. Николаев, В.М. Брук. – Л. : Машиностроение, 1985. – 199 с.

12.Джонс Д. Методы проектирования / Д. Джонс. – М. : Мир, 1986.

13.Хубка В. Теория технических систем / В. Хубка ; пер. с нем. В.В. Ачкасова, Н.И. Зуек, Е.Б. Матвеевой ; под ред. К.А. Люшинского. – М. : Мир, 1987. – 209 с.

14.Корис Р. Справочник инженера-схемотехника / Р. Корис, Х. ШмидтВальтер. – М. : Техносфера, 2008. – 608 с.

15.Галкин В.А. Основы программно-конфигурируемого радио / В.А. Галкин. – М. : Горячая линия–Телеком, 2015. – 372 с.

16.Болтон У. Карманный справочник инженера-метролога / У. Болтон. – М. :

Додэка-XXI, 2002. – 384 с.

17.Аш Ж. Датчики измерительных систем : пер. с фр. : в 2 кн. Кн. 1 /

Ж. Аш. – М. : Мир, 1992. – 480 с.

18.Fraden J. Handbook of modern sensors: physics, designs, and applications / J. Fraden. – 5th ed. – Springer, 2016. – 765 p.

19.Топильский В.Б. Схемотехника измерительных устройств / В.Б. Топильский. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 232 с.

20.Алиев Т.М. Измерительная техника / Т.М. Алиев, А.А. Тер-Хачатуров. –

М. : Высш. шк., 1991. – 384 с.

21.Костиков В.Г. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование : учеб. для вузов / В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов, В.А. Шахнов. – 2-е изд. – М. : Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с.

22.Шибаев А.А. Схемо- и системотехника электронных средств : учеб. пособие / А.А. Шибаев. – Томск : Эль Контент, 2014. – 190 с.

23.Бойт К. Цифровая электроника / К. Бойт. – М. : Техносфера, 2007. – 472 с.

24.Бабич Н.П. Компьютерная схемотехника. Методы построения и проектирования: учеб. пособие / Н.П. Бабич, И.А. Жуков. – К. : МК-Пресс, 2004. – 576 с.

104

25.Микропроцессорные системы : учеб. пособие для вузов / Е.К. Александров, Р.И. Грушвицкий, М.С. Куприянов [и др.] ; под общ. ред. Д.В. Пузанкова. – СПб. : Политехника, 2002. – 935 с.

26.https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Мура

27.В мире науки. – 1983. – № 08.

28.Дорф Р. Современныесистемы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп ; пер. с англ. Б.И. Копылова. – М. : Лаборатория базовых знаний, 2002. – 832 с.

105