Ю.А. Никитин

Курс сту. Тема 0

Введение Предмет, цели и задачи курса. Структуры рПрУ и рПдУ.

Аналоговая и цифро-аналоговая схемотехника пронизывают всю нашу жизнь, занимая в ней все большее и весомое место. В системах связи вообще, и в системах радиосвязи в частности, аналоговые элементы структуры принципиально необходимы, обойтись без них нельзя, во всяком случае, на современном этапе развития электронной элементной базы. Это объясняется и существенно различными условиями распространения радиоволн разных частот и «теснотой» в эфире. Последнее обстоятельство требует минимизации ширины полосы передаваемых частот при максимизации скорости потока данных на фоне резкого усложнения электромагнитной обстановки. Следствием такого противоречия является значительное усложнение способов преобразования формы представления и спектра сигналов: фильтрации, усиления, модуляции, демодуляции передаваемого сообщения по линиям радиосвязи.

Предметом курса «Основы схемотехники телекоммуникационных систем» является изучение типовых структурных и схемных решений устройств обработки аналоговых сигналов. Под обработкой сигналов понимается их преобразование для транслирования по линиям проводной и радиосвязи, в соответствии с принятыми алгоритмами и критериями оптимальности.

При этом под аналоговыми сигналами будем понимать поток информации, задаваемый в форме непрерывных во времени электромагнитных колебаний (токов и/или напряжений).

Наибольшее распространение в телекоммуникационных устройствах нашли, разумеется, усилители электрических сигналов различного назначения и диапазонов – рис.0.1. Важнейшим классификационным параметром усилителя является отношение мощности сигнала Р_ВЫХ на выходе усилителя к мощности сигнала на его входе Р_ВХ (рис. 0.1), которое оценивают с помощью коэффициента усиления мощности:

К_P = Р_ВЫХ/Р_ВХ > 1.

Заметим, что усилитель есть не что иное, как линейный преобразователь энергии источника питания P₀ в энергию усиленного в К раз входного воздействия P_ВХ.

Количественной мерой энергетической эффективности такого преобразования выступает коэффициент полезного действия (КПД) усилителя, понимаемый как отношение мощности полезного результата (P_ВЫХ) к мощности источника питания, затраченной на его получение Р₀:

η = Р_ВЫХ/Р₀ < 1,

Обычно КПД усилителя выражают в процентах.

Коэффициент передачи (усиления, ослабления, преобразования сигнала) удобно выражать в логарифмическом масштабе – либо по мощности

[раз]

[дБ],

[дБ],

либо по напряжению

[дБ].

Напомним, что усилитель электрических сигналов — это устройство, в активных элементах которого используется явление управляемой электрической проводимости в полупроводниках вакууме, и в газах.

Основные вехи

• 1904 год — Ли де Форест на основе созданной им электронной лампы — триода разработал устройство усиления электрических сигналов (усилитель), состоящий из нелинейного элемента (лампы) и статического сопротивления R_a, включенного в анодную цепь.

• 1932 год — Гарри Найквист определил условия устойчивости (способности работать без самовозбуждения) усилителей, охваченных отрицательной обратной связью.

Структура усилителя

• Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления, соединённых между собой прямыми связями

• В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики рис.0.2

• Некоторые усилители (обычно УРЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.

• Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, а также согласующие цепи и фильтры — для формирования заданной частотной характеристики.

• Как и в любом активном устройстве в усилителе присутствует источники электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подают с отдельного блока питания.