Файл: Oporny_konspekt.doc

Генератор гармонических колебаний с трансформаторной обратной связью

Генератором гармонических колебаний называют уст­ройство, формирующее колебания синусоидальной формы. По построению цепи ОС их делят на трансформаторные, если в качестве ее используется транс­форматор, трехточечные - при использовании отвода (сред­ней точки) одной из ветвей колебательного контура, RC-генераторы. В усилитель­ных каскадах любых автогенераторов активные элементы обычно используют в режимах максимального усиления: би­полярные транзисторы включают по схеме с ОЭ, полевые - с общим истоком, лампы - с общим катодом. Коэффициент уси­ления таких каскадов составляет десятки и сотни, поэтому для выполнения условия существования в автогенераторе коле­баний коэффициент передачи цепи обратной связи может быть выбран любым, а значит, баланс амплитуд обычно обеспечивается без труда.

Особенностью перечисленных каскадов является нали­чие сдвига фаз между их выходным и входным напряжения­ми, который составляет 180°. В этом случае для обеспечения в автогенераторах баланса фаз необходимо, чтобы сдвиг фаз между выходным и входным напряжениями цепи обратной связи тоже составлял 180°. Это достигается разными спосо­бами.

На рисунке ниже приведена принципиальная схема одного из наиболее простых и распространенных - трансформаторного генератора гармонических колебаний.

Трехточечный генератор гармонических колебаний

В некоторых генераторах в качестве цепи обратной связи используется ветвь параллельного колебательного контура, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности. Если другая его ветвь содержит толь­ко катушку индуктивности, то говорят об индуктивной трехточке, а если конденсатор, то - об емкостной. В таких автоге­нераторах усилительный элемент оказывается подключенным к трем точкам колебательного контура, поэтому они называ­ются трехточечными.

Одна из схем такого генератора приведена на рисунке ниже. В нем усилитель собран на транзисторе VT, включенном по схеме с ОЭ. Его полезной нагрузкой служит колебательный контур (C1 C₂,L_K).

Как и в генераторе гармонических колебаний с трансфор­маторной обратной связью, здесь внешняя нагрузка может быть подключена либо традиционным способом - через разделитель­ный конденсатор к выходу усилителя (между коллектором и эмиттером VT), либо с помощью дополнительной катушки свя­зи, размещенной на общем сердечнике. Резистор Rк - обес­печивает подачу на транзистор на­пряжения питания и предотвра­щает замыкание по переменному току конденсатора С₂. Конденса­тор Ср - разделительный, он пре­пятствует передаче постоянного напряжения из коллекторной цепи в цепь базы. Резистор R1 создает начальное смещение, переводя автогенератор из жесткого режима самовозбуждения в мягкий.

RC – генераторы гармонических колебаний

Недостатком генераторов гармонических колебаний с использованием резонансных усилителей является необходи­мость применения в них колебательных контуров, катушки индуктивности которых в случае низкочастотного диапазона оказываются громоздкими. Это затрудняет микроминиатюри­зацию аппаратуры. Поэтому актуальным является создание генераторов, не имеющих катушек индуктивности. Одним из их вариантов являются RC-генераторы. В них фильтрация колебаний и сдвиг фаз между выходным и входным напряже­ниями цепи обратной связи создается при помощи RC-ячеек. Существует несколько разновидностей таких генераторов, одна из которых приведена на риссунке.

На рисунке слева приведена функциональная, а на рисунке справа - принципиальная схемы генератора с набором RC-ячеек в цепи обратной связи. Здесь, как и обычно, внешняя нагрузка мо­жет быть подключена к генератору через дополнительный раз­делительный конденсатор, подсоединенный к выходу усили­теля (между коллектором и эмиттером VT). Как известно, при последовательно соединенных резисторе и конденсаторе сдвиг фаз, возникающий между напряжением на любом из них и суммарном напряжении, действующем на входе такой цепи, может изменяться от 0 до 90°.

Значит, для обеспечения сдвига фаз 180° достаточно использовать две такие ячейки. Однако в этом случае коэффициент передачи цепи будет стремиться к нулю, что в автогенераторах затруднит выполнение баланса амплитуд. Поэтому компромиссным считается использование трех RC-ячеек, сдвиг фазы в каждой из которых выбирают близким к 60°, тогда суммарный сдвиг фаз составит 180°. Если, как и раньше, в качестве усилителя использовать каскад, соз­дающий сдвиг фаз 180°, то общий сдвиг фаз составит 360° и баланс фаз будет выполнен.

Импульсные генераторы

Импульсными генераторами называются устройства фор­мирования негармонических колебаний. Их форма может быть любой: прямоугольной, треугольной, пилообразной или лю­бой другой и, как правило, по ее виду вводят названия генера­торов, например: генераторы прямоугольных сигналов, гене­раторы пилообразных импульсов и т. д.

Специфичность формы генерируемых колебаний вносит особенности, отличающие работу импульсных генераторов от автогенераторов гармонических сигналов. Активные эле­менты последних (транзисторы, электронные лампы) обыч­но работают в непрерывном режиме, при котором выполня­ются оба условия самовозбуждения - балансы амплитуд и фаз. При генерировании прямоугольных колебаний основ­ное их формирование происходит, как правило, когда актив­ные элементы генератора находятся либо в закрытом, либо пол­ностью открытом (вплоть до насыщения) состоянии. И лишь при формировании фронта и среза колебания они находятся в активном режиме, при котором выполняются балансы ам­плитуд и фаз. Это обеспечивает высокую скорость перехода активных элементов из одного состояния в другое, крутые фронт и срез, а значит, генерацию формы сигналов, близкую к идеальной.

Генератор линейно изменяющегося напряжения

Генераторы линейно изменяюще­гося напряжения (ГЛИН) наряду с генераторами ли­нейно изменяющегося тока (ГЛИТ) служат для формирования пило­образного колебания и используются в схемах управления, перестройки частоты, широтно-импульсных модуляторах, схе­мах развертки изображения и т. д. Существует значительное число вариантов построения таких генераторов, но наиболее распространенные из них работают на основе заряда и разря­да конденсатора.

Здесь резистор R1 подает на транзистор VT начальное сме­щение, поддерживающее его в открытом и насыщенном состоя­нии. Промежуток коллектор-эмиттер открытого транзистора подключен параллельно конденсатору С и поддерживает на нем напряжение, близкое к нулю. Если в момент времени to между базой и эмиттером транзистора подать напряжение запираю­щей полярности и_БЭ, то VT закрывается, и его шунтирующее действие на конденсатор прекращается. От ис­точника питания Е_п через резистор R₃ начинает протекать ток заряда конденсатора, и напряжение на нем, равное напряже­нию и_кэ= и_вых, начинает возрастать. В момент t импульс, запирающий VT, прекращается, и тран­зистор опять переходит в открытое и насыщенное состояние.

Малое сопротивление коллектор-эмиттерного промежутка раз­ряжает конденсатор, и напряжение на нем в идеальном слу­чае мгновенно падает до нуля. Таким образом, на выходе ге­нератора оказывается сформированным пилообразный им­пульс напряжения. При подаче следующего запирающего импульса все процессы повторяются.

РАДИОРЕРЕДАЮЩИЕ И РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Характеристики канала связи

Основной задачей радиотехники является передача сообще­ний на расстояния, их прием и воспроизведение. Сообщения могут быть различными: звуковыми, телевизионными, пред­ставлять собой набор данных и так далее. Для их передачи используют канал связи - совокупность технических средств и физической среды распространения, в которой сигналы, ото­бражающие передаваемую информацию, распространяются от ее источника к ее получателю. Существует разветвленная сис­тема классификации каналов связи (или телекоммуникаций). Они разделяются:

- по виду передаваемых сообщений - каналы электросвязи (передачи и приема сигналов, отображающих звуки, изображения, письменный текст, знаки или сообще­ния любого рода по электромагнитным системам), каналы передачи данных, телеметрические и т. д.;

- по виду среды рас­пространения - каналы радиосвязи, проводной, гидроаку­стической связи, оптико-электронные каналы;

- по характеру сигналов на входе и выходе каналов - непрерывный (анало­говый) канал (на входе и выходе которого сигналы имеют не­прерывный вид), дискретный (цифровой) канал (при цифро­вых сигналах) и дискретно-непрерывные или полунепрерыв­ные каналы (на входе которых действует дискретный, а на выходе - непрерывный сигналы).

Одним из важных признаков каналов является диапазон используемых в них частот.

Способы организации радиолиний

По способу организации радиолиний различают одностороннюю и двустороннюю радиосвязь. Радиосвязь, при которой одна из ра­диолиний осуществляет только передачу, а другая – только прием, называется односторонней. Односторонняя радиосвязь, при кото­рой радиопередачу одной (основной) радиостанции могут прини­мать одновременно несколько корреспондентов, называется цирку­лярной. Примерами односторонней циркулярной передачи сообще­ний являются системы оповещения, службы передачи сообщений из пресс-центров редакциям газет, журналов и т.д. Сети телевизионно­го и звукового вещания также представляют собой типичные образ­цы циркулярного способа организации радиосвязи. При этом радио­передающая станция, среда распространения радиосигналов (от­крытое пространство) и каждое радиоприемное устройство, нахо­дящееся в зоне действия станции, образуют одностороннюю радио­линию, а совокупность таких радиолиний – сеть радиовещания.

Двусторонняя радиосвязь предполагает возможность передачи и приема информации каждой радиостанцией. Для этого нужны два комплекта оборудования односторонней связи, т.е. в каждом пункте надо иметь и передатчик и приемник. Двусторонняя связь может быть симплексной и дуплексной (рис. 2). При симплексной радио­связи передача и прием на каждой радиостанции ведутся пооче­редно. Радиопередатчики в конечных пунктах линии связи в этом случае работают на одинаковой частоте, на ту же частоту настрое­ны и приемники.

Схемы организации двусторонней радиосвязи: а-симплексная радиосвязь, б-дуплексная связь

При дуплексной радиосвязи радиопередача осуществляется од­новременно с приемом. Для каждой дуплексной линии радиосвязи должны быть выделены две разные частоты. Это делается для то­го, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с про­тивоположного пункта и не принимал сигналы собственного радио­передатчика. Радиопередатчики и радиоприемники обоих коррес­пондентов дуплексной радиосвязи включены в течение всего вре­мени работы линии радиосвязи.

Общие схемы организации радиосвязи

Система передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве, назы­вается радиотехнической системой. Радиосистемы подразделяются на радиоли­нии и радиосети.

В зависимости от назначения радиотехнические системы делятся на группы.

Классификация РТС

РТС

1. РТС передачи информации 2. РТС извлечения информации

Радиосвязь Радиолокация

Радионавигация

Радиовещание

Факсимильная связь - передача неподвижных изображений

Телевидение – передача подвижных изображений.

Ниже приведены схемы организации радиосвязи между судами и береговыми радиостанциями в зависимости от расстояния между ними.

Радиопередающее устройство

Радиопередающее устройство предназначено для создания высокочастотных колебаний, осуществления их модуляции и воз­буждения электромагнитных волн в пространстве. В соответствии с этим оно содержит следующие основные элементы. Здесь имеется в виду передатчик с амплитудной модуляцией.

Задающий генератор колебаний высокой частоты. Такой генератор преобразует энергию источника постоянного напряжения в гармонические колебания высокой частоты Uвч = Um COS(ωmt) частота ωm этих колебаний называется несущей частотой.

Основными элементами задающего генератора являются электронная лампа, транзистор и колебательный контур. Индуктивность и емкость колебательного контура определяют частоту генерируе­мых колебаний; изменяя эти параметры, можно перестраивать задающий генератор (и, следовательно, весь передатчик) с одной несущей частоты на другую. Электронная лампа и транзистор, являются нелинейными приборами, играют роль своеобразного ключа, регу­лирующего поступление энергии в контур от источника постоян­ного напряжения, чем обеспечивается поддержание колебаний в контуре.

Преобразователь сообщения в электрический сигнал, используемый для модуляции колебаний высокой частоты. Вид преобразователя зависит от физической природы передаваемого сообщения: при звуковом сообщении преобразователем являет­ся микрофон, при передаче световых изображений (телевиде­ние) - передающая телевизионная трубка, при передаче результатов измерения неэлектрических величин - датчики того или иного вида.

Электрический сигнал, полученный на выходе преобра­зователя сообщения, часто бывает весьма слабым, и прежде чем использовать его для модуляции, он подвергается усилению в специальном каскаде (модуляторе), который на рис. 2 не изо­бражен.

Модуляционный каскад. Основными элементами модуля­ционного каскада являются электронная лампа, транзистор и колебательный контур. На вход каскада одновременно подаются высокочастот­ные колебания Uвч = Umo COS(ωmt) с выхода задающего генера­тора и модулирующий электрический сигнал UM(t), изменяющий­ся по закону передаваемого сообщения. В результате нелинейного преобразования подводимых к модуляционному каскаду колебаний Uвч и UM(t) (осуществляемого посредством электронной лампы или транзистора) в выходном контуре данного каскада образуются амплитудно-модулированные колебания высокой частоты.