Лекция 1

Введение

1. Задачи и содержание курса

Среди проблем, стоящих перед современной радиоэлектроникой, одной из основных является повышение эффективности радиотехнических систем и устройств, в первую очередь информационных. В этих системах полезная информация извлекается в процессе обработки принимаемого сигнала.

Основной путь решения проблемы – совершенствование методов обработки.

В зависимости от назначения конкретной системы приходится сталкиваться с различными видами устройств обработки, так же как и с различными видами самих сигналов.

Различают аналоговые сигналы (непрерывные и импульсные), дискретные сигналы и цифровые сигналы.

Соответственно различают аналоговую, дискретную и цифровую обработку сигналов. Возможна комбинация различных видов обработки: аналого-дискретная, аналого-цифровая, дискретно-цифровая.

Следовательно, вид обработки определяется видом входного и выходного сигналов.

В настоящем курсе рассматриваются вопросы теории и техники аналоговой обработки сигналов.

Актуальность курса и, соответственно, вида обработки обусловлена:

1. широким распространением аналоговых сигналов;

2. высоким быстродействием при аналоговой обработке;

3. удобством описания и представления аналоговых сигналов.

Полагаем, что на систему (или устройство), описываемую передаточной функцией , воздействует аналоговый сигнал.

Рис. 1

На выходе системы (или устройства) имеем выходной аналоговый сигнал , равный

.

Можно выделить следующие основные виды преобразований аналоговых сигналов:

• линейное преобразование (частный случай – усиление;

• частотную селекцию сигналов;

• нелинейную обработку сигналов;

• преобразование аналоговых сигналов в другие виды сигналов.

Полагаем, что на входы воздействует сигнал, имеющий строгое математическое описание: сигнал, с известными характеристиками. Задан или его надо получить.

Совершенствование РЭА основывается во многом на непрерывном улучшении параметров АИС, расширении их номенклатуры.

Однако для достижения лучших технических характеристик современной РЭА в настоящее время недостаточно знать номенклатуру ИС, надо еще уметь выбрать из многих типов микросхем наиболее подходящие для реализации требуемых операций.

Задача курса – изучение элементной базы аналоговых устройств, ее применение.

В настоящее время появились АИС с повышенной степенью интеграции функций на одном кристалле – аналоговые процессоры, таймеры – универсальные элементы при построении различных инфра, низкочастотных устройств.

2. Основные понятия и определения

• Аналоговые сигналы – курс РЦС

• Аналоговые устройства.

Аналоговые электронные устройства (АЭУ)– это устройства усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов. К аналоговым относятся сигналы, которые изменяются по тому же закону, что и характеризуемые (описываемые) ими физические процессы. Аналоговые сигналы заданы (известны, могут быть измерены) во все моменты времени. Аналоговый сигнал как функция времени может быть наглядно представлен графиком или осциллограммой. График может содержать точки разрыва, например, иметь форму импульсов.

В отличие от аналогового у дискретного сигнала значения известны не во все моменты времени, а только в некоторые, например, один раз в каждую миллисекунду. Но по форме (а не по содержанию) любой дискретный сигнал является аналоговым. Частным видом дискретного сигнала является цифровой. Он получается, если числовые значения дискретного сигнала выразить группами импульсов, обозначающими соответствующие числа (обычно в двоичной системе счисления, как самой простой для отражения импульсами).

Соответственно все электронные устройства можно разделить на две группы: аналоговые и цифровые. Преимущества аналоговых устройств – сравнительная простота, надежность и быстродействие – обеспечили им самое широкое применение, несмотря на менее высокую точность обработки сигналов.

Построение аналоговых устройств на основе активных электронных приборов позволяет усиливать сигналы. Усилителем электрических колебаний называется такое устройство, которое за счет энергии источника питания формирует новое колебание, являющееся по форме более или менее точной копией заданного усиливаемого колебания, но превосходит его по напряжению, току или мощности. Усиление колебания не обязательно увеличивает его мощность, но создается выходное колебание за счет энергии источника питания. Напряжение последнего в усилителе преобразуется в напряжение заданной формы. Поэтому можно считать, что усилитель является преобразователем формы напряжения.

Совокупность усилителя и источника питания составляет усилительное устройство (рис. 2, а). Главной его частью является усилитель, вследствие чего эти два понятия обычно отождествляют. Ко входным зажимам усилителя 1 – 1' подключают источник усиливаемого колебания (сигнала), который можно представить в виде эквивалентного активного двухполюсника с генератором ЭДС (рис. 2,а) или с генератором тока (рис. 2, б), имеющим внутреннее сопротивление . Оба эти представления равноценны и могут быть преобразованы одно в другое. Однако высокоомный источник сигнала (имеющий , большое по сравнению с входным сопротивлением усилителя) целесообразно представлять схемой с генератором тока, а низкоомный – схемой с генератором ЭДС. Тогда в первом приближении сопротивление , можно не учитывать и эквивалентный активный двухполюсник упрощается до идеальных генераторов тока или ЭДС. Источниками входных сигналов могут быть микрофон, детектор, датчик, диодный фотоприемник, выход предыдущего усилителя и т. д.

а б

Рис. 2

К выходным зажимам 2 – 2' подключается нагрузка усилителя, имеющая сопротивление . В качестве нагрузок могут быть громкоговоритель, электронно-лучевая трубка, вход последующего усилителя и т. п.

В усилителе энергия источника питания преобразуется в энергию усиленного колебания с помощью усилительных активных элементов. Если в качестве их применяют электронные приборы, то усилители называются электронными. Для усиления электрических сигналов они имеют почти исключительное применение.

Электронные усилители в современной технике находят самое широкое применение и как самостоятельные устройства, и как составные части более сложных устройств. Их используют в бытовой электронике, звуковом кино, радиолокации, медицине, технике измерений, автоматике и т.д. На их основе строятся почти все другие аналоговые электронные устройства обычно посредством добавления тех или иных цепей обратной связи (ОС).