Системы фазовой АПЧ

33. Системы фазовой АПЧ.
Фа́зоваяавтоподстро́йка частоты (ФАПЧ) — система автоматического регулирования, подстраивающая фазу управляемого генератора так, чтобы она была равна фазе опорного сигнала, либо отличалась на известную функцию от времени. Регулировка осуществляется благодаря наличию отрицательной обратной связи. Выходной сигнал управляемого генератора сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом, результат сравнения используется для подстройки управляемого генератора.
Система ФАПЧ используется для частотной модуляции и демодуляции, умножения и преобразования частоты, частотной фильтрации, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и в других целях.
ФАПЧ сравнивает фазы входного и опорного сигналов и выводит сигнал ошибки, соответствующий разности между этими фазами. Сигнал ошибки проходит далее через фильтр низких частот и используется в качестве управляющего для генератора, управляемого напряжением (ГУН), обеспечивающего отрицательную обратную связь. Если выходная частота отклоняется от опорной, то сигнал ошибки увеличивается, воздействуя на ГУН в сторону уменьшения ошибки. В состоянии равновесия выходной сигнал фиксируется на частоте опорного.

ФАПЧ широко используется в радиотехнике, телекоммуникациях, компьютерах и других электронных устройствах. Данная система может генерировать сигнал постоянной частоты, восстанавливать сигнал из зашумлённого коммуникационного канала или распределять сигналы синхронизации в цифровых логических схемах, таких, как микропроцессоры, ПЛИС и т. д. Поскольку интегральная схема может полностью реализовать блок ФАПЧ, этот метод часто используется в современных электронных устройствах с выходными частотами от долей герца до многих гигагерц.

34. Панорамные приемники последовательного частотного анализа, назначение , принцип работы.
Радиотехнические устройства предназначенный для контролирования работы большого числа передатчиков в широкой полосе частот , называется панорамным приемником.
Панорамный приемник обеспечивает:
-наблюдение за работой большого числа радио излучателей в определенной полосе частот
-определяет загрузку диапазона частот раб. РЭС
- выявление нелегальной работы радиопередатчика
-определение напряжения ЭМП в точке приема от различных радио передающих устройств
-определение вида радиоизлучения и проведение его частотного анализа
-контроль за работой излучающих устройств на посту радио мониторинга
Сущность параллельного частотного анализа заключается в том , что все частотные составляющие контролируются. Излучения выделяются одновременно в определенной полосе частот , которая называется полосой обзора приемника.
Точность измерения частоты спектральных составляющих исследуемого излучения будет определятся шириной полосы пропускания полосового фильтра.
Достоинства: Малое время частотного анализа; Вывод на экраны всех составляющих спектра.
Недостатки: Низкая точность определения спектральной составляющей ; большое количество полосовых фильтров.
35. Панорамные приемники последовательного частотного анализа, назначение , принцип работы.
Сущность последовательного частотного анализа заключается в поочередном выявлении в полосе обзора приемника спектральной составляющей контролируемого излучения.
Существует 2 метода реализации последовательного ЧА:
1. В приемнике используют один узкополосный перестраиваемый в полосе приемника фильтр.
2. В приемнике используют один зкополосный фильтр неперестраиваемый, а перестройка осуществляется по частоте в гетеродине.


40 Гетеродинные анализаторы спектра, назначение, принцип работы.
Гетеродинный анализатор обеспечивает анализ с постоянной и узкой полосой пропускания, что необходимо для выявления частот источников вынужденных колебаний у электродвигателей.
гетеродинные анализаторы состоят из генератора ( называемого в этом случае гетеродином), смесителя, узкополосного фильтра и электронного вольтметра.
Гетеродинные анализаторы находят большее применение, так как они проще в технической реализации.
На вход гетеродинного(Анализатора с постоянно настроенными фильтрами) анализатора спектра с выхода магнито-стрикционной линии задержки поступает декодированный и де-модулированный сигнал. Продолжительность этого сигнала равна времени накопления выборок в линии задержки. На экране гетеродинного анализатора виден линейчатый спектр входного сигнала, причем каждая линия спектра умножена по частоте в соответствии с задержкой временной выборки в запоминающем устройстве. По существу многоразрядная работа временного компрессора сводится к кодированию и запоминанию амплитуд видеосигналов, при этом кодирование и восстановление сигнала из кода происходит с погрешностью, которая тем меньше, чем больше разрядов в применяемом коде.

41 Векторные анализаторы спектра, назначение, принцип работы
Векторные анализаторы предназначены для анализа сигналов, имеющих сложную форму, нестационарных импульсов и высокочастотных процессов. Векторный анализатор применяется для исследования амплитудных и фазовых параметров.
42 Анализаторы спектра реального времени серии
Анализаторы спектра реального времени серии заменили обычно применяемые анализаторы сигналов –они дают возможность получать точные измерения и набор функций, обязательные для решений ежедневных задач. Анализаторы спектра с частотным диапазоном 6,2, 14 и 20 ГГц гарантируют не имеющее замены сочетание работы в режиме реального времени, ширины полосы захвата в 110 МГц и динамического диапазона. Проводя работу с сигналами, со скачкообразной перестройкой по частоте, неустановившимися сигналами, не хватает одного только высокоточного анализатора сигналов.
12 Назначение и классификация основные электрические показатели УРЧ


.УРЧ — каскад приемника, в котором усиление сигналов происходит на несущей частоте f0.

Основные функции УРЧ:

1. Усиление полезного принятого сигнала.

2. Повышение чувствительности приемника.

3. Обеспечение частотной избирательности приемника.

УРЧ состоит из:

1. усилительный прибор

2. частотно избирательная колебательная система

В зависимости от типа нагрузки различают:

1. Резонансные усилители (нагрузка в виде одиночного колебательного контура).

2. Полосовые усилители.

3. Многоконтурные усилители (нагрузка в виде многоконтурных фильтров с сосредоточенной избирательностью).

Основным типом диапазонных УРЧ являются резонансные УРЧ (из-за простоты перестройки). Например, резонансный на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ, с автотрансформаторным включением колебательного контура.

Схема

R1, R2, RЭ обеспечивают требуемое смещение на базе и термостабилизацию. СЭ шунтирует RЭ по переменному току для исключения сильной ООС. RФ и СФ - развязывающий фильтр в цепи питания. СР разделяет вход УРЧ и вход следующего каскада по постоянному току.

Основные характеристики:

1. Резонансный коэффициент усиления — отношение выходного напряжения ко входному на резонансной частоте УРЧ: К0=UВЫХ/UВХ. Для многокаскадных УРЧ — К0 ОБЩ=К01+К02+…+К0N. В диапазоне М и ДМ волн К0=РВЫХ/РВХ.

2. Избирательность УРЧ — способность УРЧ выделять напряжение полезного сигнала из всей совокупности напряжений различных частот, действующих на его входе. Определяется резонансной характеристикой У=КDf/К0. Количественно оценивается коэффициентом избирательности s=1/У=К0/КDf. Чем ближе форма резонансной характеристики к прямоугольной, тем лучше избирательность. Для оценки введем коэффициент прямоугольности kП=ПЗАД/П0.7³1, где ПЗАД — полоса на заданном уровне.
Функции УРЧ :
Обеспечение усиления сигнала по мощности или по напряжению
Обеспечение эффективной частотной избирательности РПУ, избирательности по прямому и зеркальному каналам
Обеспечение защиты цепи антенны от проникновения частоты гетеродина (в случае проникновения частоты гетородина в цепи антенны, РПУ начинает работать как маломощный передатчик и будет создавать помехи близко расположенным РПУ).
УРЧ размещается сразу за выходной цепью и является первым каскадом РПУ. УРЧ работает при малых амплитудах входного сигнала. Нагрузкой УРЧ служит следующий каскад или преобразователь частоты. В состав структурной схемы УРЧ входят следующие устройства.


13.Схема УРЧ на биполярном транзисторе
Данный каскад предназначен для усиления гармонических сигналов и работает на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеющий эмиттерную стабилизацию точки покоя. В данной схеме, как и в большинстве схемах усилителей, используется биполярный транзистор, так как он обладает высоким быстродействием, при достаточно больших токах коллектора он служит для усиления сигналов, поступающих на его вход. Так как транзистор имеет три вывода, а для подачи входного и снятия выходного сигнала необходимо четыре вывода, следовательно, транзистор включают по общей схеме с одним из выводов (коллектором, эмиттером, базой):

- с общим коллектором - в этой схеме мы получаем большое усиление по току;

- с общей базой - в этой схеме происходит малое усиление по току и по напряжению. Схемы с общей базой, как правило, используются в входных каскадах принимающих устройств, так как имеет малый коэффициент усиления;

- с общим эмиттером - такие схемы обладают высоким усилением по напряжению и току, поэтому их используют в 90% всех усилителей. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада, высокое выходное сопротивление. Так же при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления. Внешние факторы оказывают сильное влияние из-за того, что транзистор, являясь полупроводниковым прибором, изменяет свои параметры при изменении рабочей температуры. Так, при повышении температуры, усилительные свойства транзистора ухудшаются. Обусловлено это рядом причин: при повышении температуры значительно увеличивается такой параметр транзистора, как обратный ток коллектора.

Увеличение обратного тока коллектора транзистора приводит к значительному увеличению коллекторного тока и к смещению рабочей точки в сторону увеличения тока. При некоторой температуре коллекторный ток транзистора возрастает до такой величины, при которой транзистор перестает реагировать на слабый входной (базовый) ток - каскад перестает быть усилительным. Для того чтобы расширить диапазон рабочих температур, необходимо применять дополнительные меры по температурной стабилизации рабочей точки транзистора. Качественную стабилизацию температурных параметров каскада усиления можно получить, используя "эмиттерную" температурную стабилизацию. Данная схема позволяет каскаду сохранять усилительные свойства в очень широком интервале рабочих температур. Кроме того, применение данной схемы стабилизации дает возможность замены транзисторов без последующей настройки. Конденсатор С3 служит для повышения коэффициента усиления каскада на переменном токе. Он устраняет отрицательную обратную связь каскада. Емкость этого конденсатора зависит от рабочей частоты усилителя.


14Схема УРЧ с общей базой

. В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора: с общей базой (рис. 5.6; 5.9), с общим эмиттером (рис. 5.7; 5.10), с общим коллектором (рис. 5.8; 5.11).

Усилители в схеме включения транзистора с общей базой характеризуются усилением по напряжению, отсутствием усиления по току, малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением.

Усилители в схеме включения транзистора с общим коллектором характеризуются усилением по току, отсутствием усиления по напряжению, большим входным сопротивлением и малым выходным сопротивлением.

Наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером. В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.
Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером (рис. 5.2 б). Такая простая схема усилителя используется очень редко. Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы коллекторной (рис. 5.12, 5.13) и эмиттерной (рис. 5.14, 5.15) стабилизации режима работы транзистора.

Коллекторная температурная стабилизация режима работы транзистора по схеме рисунка 5.12 используется редко, так как кроме температурной стабилизации происходит уменьшение коэффициента усиления за счет отрицательной обратной связи по переменному току. Устранить отрицательную обратную связь по переменному току позволяет конденсатор С1 в схеме, приведенной на рисунке 5.13. Такая стабилизация используется, например, в антенных усилителях для телевизионного приема.

Как в промышленных, так и в радиолюбительских конструкциях широко применяется эмиттерная температурная стабилизация режима работы транзистора. На рисунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типов с эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.

Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R1, R2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT1, резистор Rэ, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор RК, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор Rэ, минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор - в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1 и напряжения на резисторе Rэ: UR2=Uбэ+URэ. Отсюда следует, что постоянное напряжение на переходе база-эмиттер будет равно Uбэ= UR2 - URэ.

Пусть температура окружающей среды увеличивается. В результате этого увеличиваются постоянные токи базы, коллектора и эмиттера, т.е. изменяется рабочая точка транзистора. Ток делителя напряжения на резисторах R1, R2 выбирают значительно больше тока базы транзистора. Поэтому напряжение на резисторе R2 при изменении температуры остается практически неизменным (сопротивление резистора от температуры не зависит), а напряжение на резисторе Rэ с увеличением температуры увеличивается за счет увеличения тока эмиттера при неизменном сопротивлении резистора в цепи эмиттера. В результате этого напряжение база-эмиттер уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы, а, следовательно, и силы тока коллектора. Таким образом, рабочая точка транзистора будет стремиться к исходному состоянию. Наличие резистора в цепи эмиттера приводит к появлению отрицательной обратной связи как по постоянному, так и по переменному токам. Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору Rэ подключают конденсатор. Емкость конденсатора Сэ выбирают так, чтобы его сопротивление переменному току на самой низкой частоте усиливаемого сигнала было значительно (примерно в десять раз) меньше сопротивления резистора в цепи эмиттера.

В усилителях низкой частоты на биполярных транзисторах применяются разделительные конденсаторы большой емкости. Это, как правило, электролитические конденсаторы, при подключении которых в электрическую цепь необходимо соблюдать полярность. Если источник усиливаемого сигнала не имеет постоянной составляющей и к выходу усилителя подключается нагрузка, не имеющая постоянного напряжения на своих зажимах, то полярность конденсаторов при использовании транзисторов n-р-n типа должна быть такой, как показано на рисунке 5.14, а для транзистора р-n-р типа - на рисунке 5.15 (изменяется полярность включения источника питания и полярность подключения конденсаторов). Емкость разделительного конденсатора (конденсатор на выходе усилительного каскада) выбирают такой, чтобы его сопротивление было много меньше входного сопротивления следующего усилительного каскада, или много меньше сопротивления нагрузки на самой низкой частоте усиливаемого сигнала.

В последнее время широко применяются двухкаскадные усилители с непосредственной связью между транзисторами (рис. 5.16). Такие усилители применяются в качестве входных усилителей низкой частоты, в качестве антенных усилителей телевизионного сигнала и др. В этих усилителях обеспечивается температурная стабилизация режима обоих транзисторов. Рассмотрим цепи, по которым протекают постоянные токи. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по следующим цепям: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT2, резистор R2, переход база-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания; плюс источника питания, резистор Rк, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT2, резистор R2,

переход база-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT2, резистор Rэ, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT1, общий провод, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT2 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор Rк, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT2, резистор Rэ, общий провод, минус источника питания.

При увеличении температуры увеличивается ток базы первого транзистора. Это приведет к увеличению тока коллектора этого транзистора и уменьшению напряжения между коллектором первого транзистора и общим проводом. В результате уменьшится ток базы второго транзистора, что приведет к уменьшению тока коллектора второго транзистора. Напряжение на резисторе Rэ уменьшится, и ток базы первого транзистора будет стремиться к своему первоначальному значению.

Входные цепи чувствительного усилителя низкой частоты обязательно выполняются экранированным проводом, причем экран соединяется с корпусом усилителя в одной точке. От выбора этой точки зависит уровень мешающих напряжений.







15.Устойчивость работы УРЧ

Усилители радиочастоты (УРЧ) следуют непосредственно за входной цепью приемника и выполняют многочисленные функции, основными из которых являются следующие: усиление принимаемых сигналов на несущей частоте, необходимое для увеличения реальной чувствительности радиоприемного устройства за счет увеличения отношения мощности полезного сигнала к мощности шумов; обеспечение избирательности радиоприемника к сильным помехам, вызывающим нелинейные эффекты, избирательность по побочным кана­лам приема, таким, как зеркальный канал и канал на промежуточной частоте (избирательность УРЧ по соседнему каналу, как правило, невелика); ослабление паразитного излучения гетеродина через входную цепь и антенну.
УРЧ классифицируются в зависимости от типа усилительного прибора: транзисторные, ламповые, на туннельном диоде, параметрические. УРЧ делятся на резонансные и апериодические. В резонансных УРЧ в качестве резонансного элемента используются колебательные контуры различного вида. Такие УРЧ обладают частотной избирательностью. Апериодический УРЧ не содержит колебательного контура и поэтому избирательностью не обладает. Как правило, УРЧ содержит один-два каскада. Большее число каскадов усложняет настройку и снижает устойчивость работы УРЧ.
29. Схема прямой АРУ представлена на рис. 11. Управляющее напряжение Uупр формируется за счет детектирования входного напряжения Uвх. Выходное напряжение Uвых = KoUвх. При увеличении UвхуменьшаетсяKo; при этом их произведение может оставаться постоянным, что в принципе позволяет реализовать идеальную характеристику АРУ (рис. 12), но практически добиться этого не удается.Прямой АРУ свойствен ряд недостатков, основной из которых состоит в необходимости включать перед детектором в цепи АРУ дополнительный высокочастотный (ВЧ) усилитель с большим коэффициентом усиления. Применительно к широкополосным усилителям СКТ такой вариант вообще является неприемлемым. Более того, прямая АРУ также нестабильна, т.е. подвержена воздействию различных дестабилизирующих факторов. В связи с этим она нашла ограниченное применение.
30
Схема обратной АРУ. В этой схеме (рис. 8) управляющее напряжение (Uупр) подается со стороны выхода в направлении входа РУ, что и обусловило название этого вида АРУ. Детектор АРУ (ДЕТ) с учетом его коэффициента передачи КД обеспечивает управляющее напряжение, пропорциональное уровню выходного сигнала: Uупр = КД. Купр.Uвых. Фильтр АРУ (ФНЧ) отфильтровывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно меняющиеся составляющие напряжения Uупр.
Цепь АРУ, состоящую только из детектора и фильтра, называют простой АРУ. В цепь АРУ может включаться усилитель, устанавливаемый после детектора (УПТ). В высококачественных АРУ (например, приемных модулях профессиональных ГС) усилитель иногда включают и до, и после детектора. В широкополосных усилителях СКТ из-за низких требований, предъявляемых к стабильности уровня выходного сигнала (обычно 0,3...0,5 dB) и малого диапазона изменения уровня входного сигнала (обычно не более ±5 dB), с целью минимизации стоимости усилителя в целом, усилитель до детектора практически никогда не устанавливают, а используют только УПТ.
Характеристики различных видов АРУ представлены на рис. 9. Если используется простая АРУ (т.е. без усилителя), то при увеличении Uвх уровень выходного сигнала изменяется в меньшее число раз, чем входное напряжение. С повышением Uвых увеличивается Uупр и соответственно уменьшается коэффициент передачи Ко. Недостаток простой АРУ состоит в том, что коэффициент передачи РУ уменьшается и при усилении слабых сигналов, когда этого не требуется. Выход из положения состоит в отключении АРУ при входном напряжении, меньшим Uвх. min (точка А на рис. 6). Включение АРУ “задерживается” до достижения входным напряжением значения Uвх. min. Такая регулировка называется АРУ с задержкой или задержанной АРУ. В случае задержанной регулировки детектор срабатывает только при превышении некоторого порогового значения, устанавливаемого на заводе-изготовителе или самим оператором СКТ. С этой целью используется диодный или транзисторный (обладает большей чувствительностью и коэффициентом передачи) детектор, “подзапертый” постоянным напряжением (рис. 10а). Детектор не будет действовать, пока U <Uз, т.е. управляющее напряжение Uупр, подаваемое на РУ, будет отсутствовать (рис. 10б).
При идеальной работе цепи АРУ с задержкой для Uвх >Uпор (рис. 9) напряжение на выходе РУ постоянно (пунктирная линия рис. 9). По мере увеличения коэффициента усиления УПТ характеристика АРУ все в большей степени приближается к идеальной. Особенностью обратной регулировки является тот факт, что она принципиально не позволяет реализовать идеальную характеристику АРУ. Для обратной АРУ необходимо приращение выходного напряжения DUвых. Если допустить, что АРУ идеальна, то DUвых= 0, при этом Uупр = const, Ko = const, регулировка отсутствует, а, следовательно, Uвых. должно возрастать.

31. Схема комбинированной АРУ (рис. 13) рационально использует преимущества обеих схем АРУ: стабильность обратной АРУ и возможность получения идеальной характеристики в прямой АРУ. Для первого РУ это обратная, а для второго – прямая АРУ. Как правило, основная регулировка происходит в первом РУ. Иногда ее называют смешанной АРУ.
зависимости от уровня сигнала, при котором начинается регулированное усиление, различают системы АРУ без задержки, с задержкой и бесшумное АРУ (рис. 4).

а) без АРУ б) с простой АРУ в) АРУ с задержкой г) АРУ с бесшумной
задержкой
Рис. 4 Амплитудные характеристики приемников.
В системах АРУ без задержки (простая АРУ) регулирование усиления происходит во всем динамическом диапазоне принимаемых сигналов. При малых сигналах ограничивать усиление, а значит снижать уровень выходного сигнала нецелесообразно. В этом случае применяют АРУ с задержкой, в которой регулирование усиления начинается лишь с некоторого уровня входного сигнала, называемого порогом срабатывания АРУ ( на рис. 4 в). До достижения порога срабатывания усиление происходит без регулирования. В процессе перестройки РПУ с одной станции на другую, когда полезный сигнал на входе отсутствует, приемник усиливает собственные шумы и помехи. Поэтому систему АРУ модернизируют так, что при сигнале, меньшем, чем чувствительность приемника усилительный тракт запирался системой АРУ (бесшумная АРУ). В этом случае настройка РПУ будет бесшумной, и АРУ в этом случае называют бесшумным. Для исключения опасности самовозбуждения система АРУ использует однозвенные RC-фильтры. Переходный процесс в них носит апериодический характер. В случае использования детектора АРУ основного детектора приемника возникает противоречие между требованиями к фильтру основного детектора и к фильтру детектора АРУ. Поэтому постоянная времени фильтра детектора АРУ (Д = RC) выбирается значительно больше максимального периода модуляции сигнала. При совмещении функций основного детектора с функциями детектора АРУ предусматривают раздельные фильтрующие цепи для основного сигнала и для системы АРУ (рис. 5).
36. Панорамные приемники комбинированного частотного анализа, назначение, принцип работы.
Комбинированный частотный анализ основан на комплексном использовании в одном панорамном устройстве параллельного и последовательного методов. При комбинированном анализе можно реализовать преимущества каждого метода. Он позволяет сократить время анализа по сравнению с последовательным методом без ухудшения частотной точности устройства или, наоборот, повысить частотную точность, сохранив скорость анализа. Один из возможных вариантов использования метода Комбинированного анализа в панорамных устройствах состоит в том, что несколько панорамных устройств последовательного анализа со сдвинутыми, но тесно примыкающими полосами обзора объединяют в одно устройство с общими широкополосным трактом, частотно-модулированным гетеродином и индикатором. Особенность этого варианта состоит в том, что общая полоса обзора равняется сумме полос обзора всех устройств. При этом все полосы обзора просматриваются одновременно, в то время как в каждой из них анализ ведется последовательно. Для выделения составляющих спектра в пределах каждой полосы обзора имеется соответствующий резонатор. Частоты настройки резонаторов отличаются на величину, равную каждой полосе обзора, что и обеспечивает выявление составляющих спектра в пределах общей полосы. С увеличением числа резонаторов пропорционально уменьшаются пределы изменения частоты гетеродина и общее время анализа. В этом заключается основное преимущество этого варианта. Недостатком его является сложность устройства, обусловленная необходимостью использования нескольких резонаторов и индикаторов или сложного коммутирующего устройства при одном индикаторе. Комбинированный метод применяется также в том случае, когда анализ ведется одновременно с помощью большого числа резонаторов, но напряжение с них снимается последовательно (поочередно).
37.Основные электрические показатели панорамных приемников. Разрешающая способность.
Разрешающая способность является важнейшим параметром панорамного устройства. Под ней понимают способность устройства разрешать (разделять) две соседние частотные составляющие анализируемого спектра или два соседних по частоте радиоизлучения. Количественно разрешающую способность определяют как минимальный интервал по частоте между двумя радиоизлучениями или составляющими спектра, при котором панорамный приемник (анализатор спектра) в состоянии их разделить. На индикаторе отметки от разрешаемых частотных составляющих должны наблюдаться раздельно. Так как в основе действия панорамных устройств лежит явление резонанса, то их разрешающая способность в конечном счете будет определяться параметрами резонансной системы и методом частотного анализа. Различие физических процессов в резонаторах при параллельном и последовательном анализе требует различного подхода к определению разрешающей способности этих методов. Поэтому качественную и количественную оценку разрешающей способности следует дать отдельно для параллельного и последовательного анализа. Разрешающая способность при параллельном анализе определяется формой статической характеристики и полосой пропускания резонансной системы. Разрешающая способность при последовательном анализе определяется динамической характеристикой резонансной системы. Чем шире динамическая характеристика, тем ниже разрешающая способность.
38.Основные электрические показатели панорамных приемников. Точность отсчета частоты.
Точность отсчета частоты s позволяет судить, с какой точностью можно измерить частотный интервал между спектральными составляющими или истинное значение частоты каждой из них. Точность отсчета частоты является весьма важным параметром, так как она вместе с разрешающей способностью определяет частотную точность устройства в целом. Точность отсчета частоты непосредственно зависит от формы и ширины отметки на индикаторе, определяемой динамической характеристикой резонансной системы. Чем шире отметка, наблюдаемая на экране индикатора, тем ниже будет точность отсчета частоты.
Точность отсчета частоты удобно характеризовать отношением динамической полосы пропускания к резонансной частоте резонатора s=∆Fдин/F0
Чем меньше это отношение, тем выше точность отсчета частоты.
39.Основные электрические показатели панорамных приемников. Скорость анализа.
Скорость анализа характеризует, насколько быстро осуществляется анализ исследуемого процесса в определенной полосе обзора. При параллельном анализе скорость анализа определяется временем установления колебаний в резонаторе, при последовательном — скоростью изменения частоты. y=Фop
Однако это не всегда удобно. Так как скорость изменения частоты у зависит от полосы обзора Ф0 и частоты развертки (сканирования) p, то, зная только у, трудно судить о том, насколько быстро ведется анализ. Действительно, одно и то же значение скорости изменения частоты у может соответствовать медленному анализу в широкой и быстрому анализу в узкой полосах обзора. Поэтому иногда скорость анализа удобнее характеризовать частотой развертки р, непосредственно связанной со временем анализа независимо от полосы обзора. Во всех случаях анализ желательно вести с возможно большей скоростью. Но следует иметь в виду, что при последовательном анализе скорость его ведения должна выбираться вполне определенной, так как повышение ее приводит к расширению динамической полосы пропускания, а следовательно, к ухудшению разрешающей способности устройства.

16.Назначение и классификация УПЧ
УПЧ-четырехполюсник
Назначение. Преимущественное усиление РС на промежуточной частоте.
Решаемые задачи: качественное усиление РС на промежуточной частоте избирательность по соседней помехе, обеспечение устойчивости и стабильной работы.
Классификация каскадов
• По типу УЭ: на биполярном или полевом транзисторе
• По виду ПФ: одноконтурные, многоконтурные и апериодические
• По элементной базе: на дискретных элементах или микросхеме

19.Назначение и принцип работы преобразователя частоты
Преобразователь частоты (иначе - частотно - регулируемый электропривод) представляет из себя статическое преобразовательное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения асинхронных электродвигателей переменного тока.
Асинхронные электродвигатели имеют значительное преимущество перед электродвигателями постоянного тока за счет простоты конструкции и удобства обслуживания. Это обуславливает их однозначное преобладание и повсеместное применение практически во всех отраслях промышленности, энергетики и городской инфраструктуре.
Известно, что регулирование скорости вращения исполнительного механизма можно осуществлять с помощью различных устройств (способов), среди которых наиболее известны и распространены следующие:
-механический вариатор
-гидравлическая муфта
-электромеханический преобразователь частоты (системы Генератор-Двигатель)
-дополнительно вводимые в статор или фазный ротор сопротивления и др.
-статический преобразователь частоты
Первые четыре способа отличаются различными комбинациями из следующих недостатков: сложности в применении, обслуживании, эксплуатации
-низкое качество и диапазон регулирования
-неэкономичность
Все указанные недостатки отсутствуют при использовании преобразователей частоты. Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя в этом случае производится путем изменения частоты и величины напряжения питания двигателя. КПД такого преобразования составляет около 98 %, из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки, микропроцессорная система управления обеспечивает высокое качество управления электродвигателем и контролирует множество его параметров, предотвращая возможность развития аварийных ситуаций.

20. Классификация и основные электрические показатели преобразователей частоты.

Классификация ПЧ


По способу получения fпр:
- ПЧ с верхней настройкой гетеродина


fпр = fг − fс, т.е. fг >fс


В данном случае после преобразования положение боковых полос сигнала меняется, т.е. нижняя становится верхней и наоборот (инвертирующее преобразование частоты).
- ПЧ с нижней настройкой гетеродина.


fпр = fс − fг, т.е. fг <fс


В данном случае положение боковых полос сигнала относительно несущей частоты после преобразования не меняется (неинвертирующее преобразование частоты).
По виду нелинейного элемента:
- диодные ПЧ;
- транзисторные ПЧ;
- интегральные ПЧ.
По числу нелинейных элементов в ПЧ:
- простые (один НЭ);
- балансные (два НЭ);
- кольцевые (четыре НЭ).

Основные показатели преобразователей частоты


ПЧ характеризуется следующими основными показателями: коэффициентом усиления, уровнем линейных искажений, нелинейными эффектами, избирательностью, устойчивостью эксплуатационно-технических характеристик и перекрытием заданного диапазона частот.
1) Коэффициент усиления преобразователя равен отношению комплексной амплитуды выходного напряжения преобразованной частоты к комплексной амплитуде напряжения сигнала, действующего на входе преобразователя, т.е.


Kпч = Um пр /Um c


Коэффициент усиления ПЧ зависит от частоты входного сигнала. Эта зависимость определяется как характеристикой избирательности системы, включённой на входе преобразующего прибора, так и характеристикой нелинейности последнего. Для оценки усилительных свойств ПЧ при точной настройке используют резонансный коэффициент усиления преобразователь при точной настройке к комплексной амплитуде входного напряжения сигнала:


Kпч0 = Um пр0 /Um c0


2) Линейные искажения сигнала характеризуется неравномерностью коэффициента усиления в необходимой полосе спектра сигнала и нелинейностью фазовой характеристики.
Определение этих показателей не отличается от определения аналогичных показателей избирательных усилителей. Следует отметить, что в ПЧ эти искажения даёт фильтр, настроенный на промежуточную частоту.
3) Нелинейные эффекты в ПЧ характеризуют величинами, используемыми для аналогичных оценок в избирательных усилителях, а именно: нелинейность амплитудной характеристики, коэффициентом блокирования сигнала, коэффициентом перекрёстных искажений, коэффициентом взаимной модуляции и коэффициентом вторичной модуляции.
В ПЧ возникают специфические нелинейные эффекты, определяемые наличием сильных колебаний с частотой гетеродина. К этим Эффектам относятся побочные каналы приёма и свисты, сопровождающие приём полезного сигнала. Побочные каналы приёма характеризуются значениями их частот и уровнем выходного напряжения, создаваемого соответствующим каналом приёма.
4) Избирательность преобразователя зависит от вида АЧХ его нагрузки. Однако при настройке гетеродина соответствующей приему полезного сигнала, существует ряд частот, которые в результате преобразования также образуют промежуточную частоту (например, ω= ωг − ωпр или ω= ωг + ωпр).
Следовательно, в преобразователе частоты имеют место побочные каналы приема, которые ухудшают его избирательные свойства.
5) Устойчивость работы ПЧ в смысле постоянства характеристик определяется не только свойствами преобразующего прибора и избирательной цепи, но и свойствами гетеродина. Что касается удалённости от самовозбуждения, то ПЧ представляет собой устройство, выходные входные цепи которого настроены на значительно отличающиеся частоты
(fпр и fс), и поэтому непосредственно емкостная или индуктивная связь этих цепей обычно не опасна. Существенное снижение стабильности показателей характерно для регенеративного режима, который используется в ПЧ на туннельном диоде и емкостном ПЧ, работающем с инверсией спектра.
6) Перекрытие заданного диапазона частот определяется возможностью перестройки гетеродина в пределах заданного диапазона и постоянством его характеристик в этих условиях

21. Основные схемы преобразователей частоты, назначение элементов схемы и принцип работы

ВИДЫ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ1

Известно большое количество различных схем преобразователей частоты, каждая из которых может выбираться в зависимости от требований к проектируемому радиоприемнику.
Общими требованиями к преобразователям частоты являются: возможно, больший коэффициент передачи при преобразовании; минимальный уровень шумов, вносимых преобразователем в тракт приемника; высокая стабильность работы гетеродина; минимальное просачивание энергии гетеродина в антенну.
В качестве смесительных элементов преобразователей частоты в современных приемниках километровых, гектометровых, дециметровых и метровых (КГД и М) волн применяются электронные приборы с резистивной и реактивной нелинейными проводимостями. К первой группе приборов относятся транзисторы (биполярные и полевые) и различные высокочастотные диоды, работающие на прямой ветви вольт-амперной характеристики, а ко второй — параметрические диоды. В последних используется вольт-фарадная характеристика.
Преобразователи частоты на биполярных транзисторах могут выполняться на одном триоде, т. е. с совмещенным гетеродином, и на двух триодах, в которых один выполняет функции смесителя, а другой — гетеродина. В случае использования автономного гетеродина легче подобрать оптимальные режимы работы смесителя и гетеродина, что определяет использование преобразователей с отдельным гетеродином в приемниках повышенного класса.
Наиболее распространенными схемами преобразователей частоты на биполярных транзисторах являются схемы, в которых принимаемый сигнал подается в цепь базы, т. е. когда для напряжения сигнала схема смесителя является схемой с общим эмиттером.
В этом случае, так же как и в усилительных схемах, получается больший коэффициент передачи преобразователя.
Напряжение гетеродина может подаваться как в цепь базы (смеситель по отношению к этому напряжению работает по схеме с общим эмиттером), так и в цепь эмиттера, что соответствует схеме с общей базой. При подаче напряжения гетеродина в цепь базы требуется при прочих равных условиях меньшая мощность, так как входное сопротивление схемы с общим эмиттером больше, чем схемы с общей базой. Однако в первом случае увеличивается взаимосвязь между входным контуром преобразователя (сигнальным) и контуром гетеродина. Известно, что такая взаимосвязь ухудшает стабильность работы гетеродина, затрудняет настройку контуров при их сопряжении, увеличивает просачивание энергии гетеродина в антенну. Когда напряжение гетеродина подается в цепь базы, то связь между гетеродином и смесителем приходится осуществлять через конденсатор с весьма небольшой емкостью.
При подаче напряжения гетеродина в цепь эмиттера не требуется непосредственно связывать между собой контуры гетеродина и сигнала. Однако между этими контурами существует паразитная связь за счет емкости Сэ.в смесительного транзистора. Другим недостатком схемы является влияние внутреннего сопротивления транзистора смесителя на частоту гетеродина. Последнее особенно нежелательно при регулировании усиления смесителя с помощью системы АРУ. Помимо этого, в такой схеме с повышением рабочей частоты увеличивается отрицательная обратная связь по току сигнала, снижающая коэффициент передачи преобразовательного каскада. Перечисленные, недостатки схемы возрастают с увеличением рабочей частоты.
При использовании любой схемы преобразователя частоты уменьшение взаимного влияния настроек гетеродинного и сигнального контуров может быть достигнуто: увеличением промежуточной частоты, т. е. увеличением разности частот гетеродина и сигнала; переходом к использованию высших гармоник частоты гетеродина; введением буферного каскада между гетеродином исмесителем. Последнее особенно удобно при работе на гармониках, когда буферный каскад используется врежиме умножения.
Следует заметить, что на первом этапе развития транзисторной техники биполярные транзисторы широко использовались как смесители. Однако они имеют вольт-амперную характеристику, далекую от идеальной (квадратичной), и в настоящее время вытесняются полевыми транзисторами.
Полевые транзисторы имеют вольт-амперную характеристику, близкую к квадратичной кривой, поэтому крутизна характеристики их изменяется в зависимости от напряжения на затворе по закону, близкому к линейному. Линейная зависимость крутизны полевого транзистора позволяет уменьшить нелинейные искажения принимаемого сигнала. Как показывают исследования, полевые транзисторы обеспечивают коэффициент перекрестной модуляции на 50 дБ ниже, чем при использовании биполярных транзисторов. Кроме того, полевые транзисторы позволяют обеспечить более низкий коэффициент, шума. Их входное сопротивление значительно выше, чем у биполярных.
Если используют полевые транзисторы в качестве смесителей, то они работают обычно с отдельным гетеродином. Напряжение сигнала подается, как правило, на затвор, а напряжение гетеродина может быть подано как на затвор, так и на исток. Влияние способов подачи напряжения гетеродина здесь такое же, как и в преобразователях на биполярных транзисторах.
26. Основные схемы частотных детекторов и их сравнительная характеристика.

Одноконтурный частотный детектор




Двухконтурный частотный детектор



Двухконтурный частотный детектор на связанных контурах




25. Структурная схема частотного детектора, основные электрические показатели частотных детекторов

Схема:

Крутизна

Коэффициентом передачи детектора называют отношение амплитуды выходного напряжения к амплитуде огибающей входного модулированного напряже-ния

Входная проводимость детектора характеризует степень его влияния на источник детектируемого сигнала. Входная проводимость - отношение амплитуды первой гармоники входного тока к ам¬плитуде напряжения несущей частоты сигнала на входе детек-тора:

1) высокая эффективность преобразования закона модуляции в в выходной модулирующий сигнал Uвых(t). Общей характеристикой такого преобразования является детекторная характеристика, т.е зависимость Uвых от изменения информативного параметра λ закона модуляции; для АМ – амплитуды огибающей входного сигнала, для ЧМ – отклонения частоты модулированного сигнала, для ФМ – отклонения фазы модулированного сигнала.

Желательно чтобы детекторная характеристика была линейной, так как при линейном законе модуляционной харак. РПдУ это обеспечит отсутствие искажений в законе модуляции (λ – информативный параметр закона модуляции, λ0 – при отсутствии модуляции).
2) коэффициент передачи детектора Кдт
3) малые линеиные искажения при детектировании, обусловленные наличием в структуре реактивных компонентов.
4) малые нелинейные искажения, возникающие прежде всего из-за присутствия в структуре нелинейных компонентов или неидеальности параметрических компонентов. На нелинейные искажения выходного сигнала детектора могут влиять также специфические физические процессы в схемах детекторов.
5) высокое входное сопротивление для тока ВЧ. Импеданс Zвх оказывает шунтирующее действие на колебательную цепь в последнем каскаде УПЧ РПУ и вызывает ее расстройку.
2.Распространение декаметровых волн
Коротковолновая связь в настоящее время сохраняет своё значение как одно из основных средств для подвижных служб, а так же как важное вспомогательное и резервное средство связи. На декаметровых волнах осуществляется магистральная, зоновая и местная радиосвязи; авиационная и морская связи; радиосвязь в системе железнодорожного транспорта и др.
Характерной особенностью распространения радиоволн этого диапазона является их отражение от ионосферы, что позволяет организовывать радиосвязь на дальние расстояния при относительно небольших мощностях передатчиков. Однако дисперсность, неоднородность и нестабильность отражающих слоёв ионосферы делают связь неустойчивой, и в процессе сеанса связи иногда приходится менять частоты для обеспечения максимальной надёжности связи. Следствием условий распространения радиоволн является замирание сигнала, т.е. изменение его уровня (и других параметров) на входе приёмника.
В профессиональномРПрУ (рис. 10.3) можно выделить следующие функциональные блоки: главный тракт приёма (ГТП), синтезатор частот (СЧ), блок управления (БУ), выходные устройства (ВУ) и блок питания (БП).
Задача ГТП – осуществлять предварительную селекцию, усиление и преобразование сигнала. СЧ вырабатывает гетеродинные напряжения с нужными частотами. ВУ обеспечивает обработку сигнала, близкую к оптимальной. БУ осуществляет функции управления и контроля за работой приёмника как с местного пульта (ПУ), так и на расстоянии. Одной из особенностей РПрУ этого типа является обеспечение ими приёма различных видов телеграфных и телефонных сигналов. Для магистральной радиосвязи отведён диапазон частот 1,5 – 30 МГц, однако иногда используется и область частот ниже 1,5 МГц.
В отличие от бытовых, профессиональные приёмники являются более сложными устройствами с более высокими требованиями к шумовым параметрам, чувствительности, избирательности, стабильности частот гетеродинов, времени настройки и т.д.
Для профессиональных РПрУ характерно многократное преобразование частоты, позволяющее реализовывать высокую селективность как по соседнему, так и по побочным каналам. Это достигается выбором высокой первой и более низких последующих промежуточных частот. Разработка высокостабильных синтезаторов, а также кварцевых и монолитных фильтров с АЧХ, близкой к прямоугольной, позволила построить ГТП по схеме рис. 10.4. При перестройке приёмника первая и вторая промежуточные частоты постоянны и основную селективность можно обеспечить уже в УПЧ1. Задача трактов второй промежуточной частоты – усилить принятый сигнал, что можно выполнить с помощью апериодических усилителей с соответствующей дополнительной низкочастотной фильтрацией.
Дляобеспечения приёма различных видов сигналов в тракте первой промежуточной частоты нужно иметь фильтры с переменной полосой пропускания либо сменные фильтры с полосами пропускания, соответствующими различным видам принимаемых сигналов. В ряде РПрУ полосу пропускания фильтра ФСС1 выбирают по самому широкополосному из принимаемых сигналов. Окончательная расфильтровка обеспечивается с помощью сменных фильтров в тракте второй промежуточной частоты.
Преселектор в ГТП может быть как перестраиваемым, так и фильтровым. В последнем случае ВЦ представляет собой набор (гребёнку) узкополосных фильтров, перекрывающих диапазон рабочих частот. Для получения нужного коэффициента шума используются малошумящие усилительные элементы, к которым предъявляются также высокие требования с точки зрения линейности амплитудных характеристик.
Первуюпромежуточную частоту часто выбирают наддиапазонной (приёмник – инфрадин). При этом включение на входе ФНЧ с частотой среза около 31 МГц обеспечивает высокую селективность по зеркальному каналу и по каналу прямого прохождения. Этот же фильтр обеспечивает необходимое ослабление излучения с частотой гетеродина, улучшая электромагнитную совместимость с другими РПрУ. Часто помимо ФНЧ последовательно с ним включают ФВЧ с частотой среза 1,5 МГц для ослабления помех от станций, работающих на частотах ниже 1,5 МГц.
Какотмечено выше, одной из особенностей связи в декаметровом диапазоне является большой динамический диапазон полезного входного сигнала. Это накладывает жесткие требования на работу АРУ, обеспечивающей изменения выходного напряжения на 4 – 6 дБ при изменении входного напряжения на 100дБ и более. Для увеличения глубины регулировки используется и аттенюатор АТпреселектора, обеспечивающий снижение уровня входного сигнала на 30 – 40 дБ ступенями по 10дБ каждая.
22.Назначение принцип работы амплитудных детекторов
Амплитудный детектор (АД) – устройство, на выходе которого создаётся напряжение в соответствие с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала. Если на входе АД действует напряжение
uвх=UH(1+mcost)cosct, модулированное по амплитуде колебанием с частотой (UH – амплитуда несущей, m- индекс модуляции), то график изменения этого напряжения во времени и его спектр имеют вид, показанный на рис. 7.1а. Напряжение на выходе детектора Ед и его спектр приведены на рис. 7.1б.
В зависимости от способа выполнения АД можно подразделить на синхронные детекторы, использующие линейную цепь с периодически меняющимися параметрами (схема аналогична схеме ПрЧ с гетеродином, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой сигнала) и детекторы на основе нелинейной цепи (наиболее часто используются диодные АД).
Коэффициент передачи АД (см. рис. 7.1)
.
Основной характеристикой АД является детекторная характеристика, показывающая зависимость выпрямленного напряжения детектора от амплитуды высокочастотного напряжения, подводимого ко входу (рис. 7.2).
Очевидно, для детектирования без искажений детекторная характеристика должна быть линейной. В этом случае по её наклону можно определить коэффициент передачи Кд.
24. Назначение и принцип работы частотных детекторов
Частотным детектором называется устройство, служащее для получения напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения частоты входного сигнала. При частотной модуляции (ЧМ) гармоническим сигналом входной сигнал описывается выражением
uвх=Uвхcosвх (t)t,
где вх (t)=н-maxcost;
н – угловая частота несущего колебания,
max – девиация угловой частоты входного сигнала,
 - угловая модулирующая частота.
На рис. 8.3 показаны соответствующие временные зависимости.
Принцип частотного детектирования состоит в преобразовании ЧМ колебания в линейной системе в колебания с другим видом модуляции с последующим детектированием преобразованного колебания безинерционной нелинейной цепью.
Преобразовать ЧМ колебание можно в колебания следующих видов:
амплитудно – частотно – модулированное (АЧМ), у которого амплитуда меняется в соответствии с изменением частоты колебания при сохранении частотной модуляции. Это преобразование можно осуществить в линейной цепи с реактивными элементами, сопротивление которых зависит от частоты. АЧМ колебания затем детектируются АД;
- фазочастотное с последующим фазовым детектированием.
Очевидно, в конечном итоге в любом случае изменение частоты преобразуется в изменение амплитуды непосредственно или в фазовом детекторе.