- •Радиотехнические сигналы
- •1.1. Классификация сигналов
- •1.2. Гармонические сигналы и их представление
- •1.3. Спектральное представление сигналов
- •2.1. Общие понятия и элементы теории электрических цепей
- •Основные электрические величины
- •Идеальные элементы цепей
- •Пассивные двухполюсники
- •Активные двухполюсники
- •Законы Кирхгофа
- •2.2 Методы анализа электрических цепей
- •2.2.1. Основы метода комплексных амплитуд
- •2.2.2. Комплексное сопротивление и комплексная проводимость
- •2.2.3. Методы составления уравнений состояния цепей
- •2.2.4. Элементы теории четырехполюсников
- •2.3. Частотные характеристики линейных цепей
- •3. Основы полупроводниковой электроники
- •3.1. Электрофизические свойства полупроводников
- •3.2. Электронно-дырочный переход
- •3.3. Диоды
- •3.4. Транзисторы
- •3.4.1. Биполярные транзисторы
- •3.4.2. Полевые транзисторы
- •3.4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
- •3.4.2.2. Полевые транзисторы с индуцированным каналом
- •3.4.2.3. Полевые транзисторы со встроенным каналом
- •3.4.3. Дифференциальные параметры и эквивалентные
- •4. Усиление электрических сигналов
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Основные положения линейной теории усиления сигналов
- •4.2.1. Анализ режима покоя. Схемотехника усилительных цепей.
- •4.2.2. Анализ режима усиления
- •4.3. Частотные характеристики усилителя на резисторах
- •4.4. Избирательные усилители
- •4.1.1. Резонансный усилительный каскад с общим эмиттером
- •4.1.2. Каскады со связанными контурами
- •4.5. Обратные связи в электронных усилителях
- •4.6. Повторители напряжения
- •4.7. Усилители постоянного тока
- •4.8. Операционные усилители
- •4.9. Оконечные каскады усилителей мощности
- •5. Генерирование электрических колебаний
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Автогенераторы гармонических колебаний
- •5.2.2. Трехточечные lc – автогенераторы
- •6. Автогенераторы релаксационных колебаний
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Мультивибратор на биполярных транзисторах
- •6.3. Мультивибратор на операционном усилителе
- •7. Нелинейные и параметрические преобразования сигналов.
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты
- •7.3. Модуляция сигналов
- •7.3.1. Амплитудная модуляция
- •7.3.2. Угловая модуляция
- •7.4. Детектирование сигналов
- •7.4.2. Детектирование сигналов с угловой модуляцией.
- •7.5. Преобразование частоты
- •7.6. Синхронное детектирование
- •7.7. Параметрическое усиление
- •8. Источники вторичного электропитания
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Выпрямители
- •8.2.1. Однополупериодный выпрямитель
- •8.2.2. Мостовой двухполупериодный выпрямитель.
- •8.3. Сглаживающие фильтры.
- •8.4. Стабилизаторы напряжения
- •9. Основы цифровой техники
- •9.1. Общие сведения о цифровой обработке сигналов
- •9.2. Цифровое представление информации. Цифровые коды
- •9.3. Основы алгебры логики
- •9.4. Логические элементы (лэ)
- •9.5. Представление логических переменных электрическими сигналами
- •9.6. Базовые логические элементы. Их классификация,
- •9.7. Классификация логических устройств
- •9.8. Комбинационные логические устройства (клу)
- •9.8.2. Логическое устройство неравнозначности (Исключающее или).
- •9.8.3. Логическое устройство равнозначности
- •9.8.4. Полусумматор одноразрядных двоичных чисел.
- •9.8.5. Сумматор одноразрядных двоичных чисел.
- •9.8.6. Сумматор одноразрядных десятичных чисел.
- •9.8.7. Преобразователи кодов
- •9.9. Последовательностные логические устройства (плу)
- •9.9.1. Триггеры
- •9.9.2. Счетчики.
- •9.9.3. Регистры.
- •9.10. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •9.11. Запоминающие устройства
- •9.12. Примеры цифровых систем
- •9.12.1. Электронные часы
- •9.12.2. Микропроцессорные системы
- •10. Линейные цепи с распределенными
- •10.1. Общие сведения о длинной линии
- •10.2. Телеграфные уравнения
- •10.3. Длинная линия. Гармонический волновой процесс
- •10.3.1. Общее решение телеграфных уравнений
- •10.3.2. Прямые и обратные волны
- •10.3.3. Отражение волн в длинной линии
- •10.3.4. Интерференция прямых и обратных волн
- •10.3.5. Пример построения интерференционной картины
- •10.3.6. Входное сопротивление длинной линии
- •10.4. Комплексный коэффициент передачи и передаточная функция системы с длинной линией
- •10.4.1. Постановка задачи
- •10.4.2. Способ, основанный на представлении рассматриваемой системы совокупностью функциональных узлов
- •10.4.3. Способ, основанный на использовании граничных условий
- •10.5. Примеры практического применения длинных линий
5. Генерирование электрических колебаний
5.1. Общие сведения
Генерирование электрических колебаний – процесс преобразования энергии стороннего источника в энергию электрических колебаний требуемой частоты, амплитуды, формы. Устройства, в которых реализуется процесс генерации, называются генераторами. Генераторы – источники электрических колебаний, находят применение как самостоятельные приборы в измерительной технике, в промышленной электронике, биологии, медицине, а также входят составными частями в радиоэлектронные системы, такие как радиопередатчики, компьютеры.
По диапазону частот генераторы подразделяются на низкочастотные (от 1 Гц до 1 МГц), высокочастотные (от 1 МГц до 100 МГц), сверхвысокочастотные (от 100 МГц до 200 ГГц).
По принципу получения электрических колебаний различают два вида генераторов: параметрические генераторы и автогенераторы.
Параметрические генераторы – устройства, в которых электрические колебания требуемой частоты получают путем преобразования энергии колебаний другой частоты. Примером параметрического генератора является оптический квантовый генератор (лазер), в котором энергия генератора накачки преобразуется в энергию когерентных волн оптического диапазона.
Автогенераторы – устройства, в которых колебания с требуемыми параметрами получают за счет преобразования энергии стороннего источника постоянного тока с помощью активного элемента (электронного прибора) без внешнего переменного воздействия.
В радиоэлектронике широко используются автогенераторы. Работа автогенераторов основана на положительных обратных связях (ПОС) в усилителях и на нелинейности вольт-амперных характеристик (ВАХ) электронных приборов.
Структурная схема усилителя с обратной связью (ОС), представленная на рис. 5.1, содержит цепь прямой передачи – усилитель с комплексным коэффициентом передачи и цепь обратной связи с комплексным коэффициентом передачи. Для системы с ОС комплексный коэффициент передачиравен:
. (5.1)
При условии, когда петлевое усиление и , в системе действует ПОС, при этом. По мере приближения петлевого усиленияк 1неограниченно возрастает. Это указывает на то, что слабые изменения тока (флуктуации) в усилителе вызывают нарастание амплитуды напряжения на его выходе без внешнего переменного воздействия. Усилитель, охваченный ПОС, переходит в неустойчивое состояние –самовозбуждается. Как следует из критерия устойчивости Найквиста при выполнении условия, называемого условием самовозбуждения,
, (5.2)
коэффициент передачи системы, охваченной ПОС, обращается в бесконечность. Это означает, что на выходе системы появляется нарастающее напряжение при отсутствии напряжения приложенного извне, т.е. система самовозбуждается и превращается в автогенератор. Поэтому для автогенератора структурная схема рис. 5.1 приобретает вид, приведенный на рис. 5.2.
Рис. 5.1. Структурная схема усилителя с обратной связью |
Рис. 5.2 . Структурная схема автогенератора |
Условие самовозбуждения в комплексной форме (5.2) справедливо, когда выполняются два условия
условие баланса фаз:
, 0, 1, 2,… (5.3)
и амплитудное условие
. (5.4)
Условие баланса фаз означает, что в системе действует ПОС. При выполнении условия баланса фаз любые малые колебания, вызванные, например, тепловыми шумами, флуктуацией носителей заряда в ЭП, попадая на вход ЭП через цепь ПОС, усиливаются. Многократный проход сигнала по петле ПОС при выполнении амплитудного условия (5.4) приводит к возрастанию амплитуды выходного напряжения. По мере роста амплитуды выходного напряжения растет и амплитуда напряжения обратной связи . Большие амплитуды, воздействуя на вход ЭП, выводят его рабочую точку в нелинейную область ВАХ. Из-за нелинейности ВАХ ЭП уменьшается коэффициент усиления, и петлевое усиление становится равным. При этом амплитуда колебаний выходного напряжения достигает некоторого установившегося значения и автоматически поддерживается практически постоянной. Это соответствует установившемуся стационарному режиму. Условием стационарного режима являются:
условие баланса фаз:
, 0, 1, 2,… (5.5)
и условие баланса амплитуд
. (5.6)
Условие баланса амплитуд соответствует установившемуся стационарному режиму и свидетельствует о том, что потери в цепи обратной связи целиком восполняются усилительным звеном.
При исследовании автогенераторов возникают две задачи:
1. Определение условия самовозбуждения схемы с ОС. Для ее решения используется приближение малого сигнала (линейная задача);
2. Определение амплитуды и частоты установившихся колебаний, когда нелинейностью ВАХ ЭП нельзя пренебречь. Вторая задача нелинейная и требует решения нелинейных дифференциальных уравнений.
Мы ограничимся выяснением только условий самовозбуждения. Об амплитуде и частоте генерируемых колебаний будем судить качественно по результатам графического анализа работы автогенератора.
В зависимости от формы генерируемых колебаний различают генераторы гармонических колебаний и релаксационные генераторы, вырабатывающие сигналы сложной формы. В автогенераторах гармонических сигналов условия самовозбуждения выполняются в узкой полосе частот, и в спектре их выходного сигнала присутствует практически одна гармоника. В релаксационных автогенераторах условия самовозбуждения выполняются в широкой полосе частот. Их выходной сигнал содержит широкий спектр гармонических составляющих, что и формирует на их выходах колебания сложной формы.