Копия Шпора

Управляемые силовые приборы. Тиристор. Определение, устройство, вольт-амперная характеристика тиристора, режим переключения, управление тиристорами. Параметры тири­стора. Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости. Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы). Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Основная схема тиристорной структуры представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.

Усилитель, усилительный каскад. Инвертирующий усилитель. Усилители на биполярным транзисторе. Усилитель на полевом транзисторе. Обратные связи в усилителях. Усилитель — элемент системы управления (или регистрации и контроля), предназначенный для усиления входного сигнала до уровня, достаточного для срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов), за счёт энергии вспомогательного источника, или за счёт уменьшения других характеристик входного сигнала (под термином «сигнал» здесь и далее понимается любое явление (или процесс), характеристики которого необходимо увеличить). Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями. Инвертирующий усилитель: изменяющий знак выходного сигнала относительно входного, создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора R_ОС отрицательной параллельной обратной связи по напряжению. Неинвертирующий вход связывается с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R₁ на инвертирующий вход ОУ. В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора: с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором. 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. 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. Применение полевых транзисторов в усилителе мощности позволяет значительно повысить качество звучания при общем упрощении схемы. Передаточная характеристика полевых транзисторов близка к линейной или квадратичной, поэтому в спектре выходного сигнала практически отсутствуют четные гармоники, кроме того, происходит быстрый спад амплитуды высших гармоник (как в ламповых усилителях). Это позволяет применять в усилителях на полевых транзисторах неглубокую отрицательную обратную связь или вовсе отказаться от нее. Обратной связью называется передача сигнала с выхода на вход. Если за счет обратной связи значение сигнала на выходе увеличивается, обратная связь называется положительной. Если выходной сигнал понижается, обратная связь называется отрицательной. Обратные связи могут производиться по напряжению и току. Обратная связь по напряжению перестает действовать при коротком замыкании на выходе. Обратная связь по току перестает действовать при холостом ходе на выходе.

Устройства аналоговой обработки сигналов. Инвертирующий и неинвертирующий усилители на ОУ. Аналоговая обработка сигналов — любая обработка, производящаяся над аналоговыми сигналами аналоговыми средствами. В более узком смысле — математический алгоритм, обрабатывающий сигнал, представленный аналоговой электроникой, в котором математические значения представлены непрерывными физическими величинами, например, напряжением, электрическим током или электрическим зарядом. Следует выделить две большие группы по которым можно классифицировать аналоговые электронные устройства: усилители - это устройства, которые за счёт энергии источника питания формируют новый сигнал, являющийся по форме более или менее точной копией заданного, но превосходит его по току, напряжению или по мощности. устройства на основе усилителей - в основном преобразователи электрических сигналов и сопротивлений. Преобразователи электрических сигналов (активные устройства аналоговой обработки сигналов) - выполняются на базе усилителей, либо путем непосредственного применения последних со специальными цепями обратных связей, либо путем некоторого их видоизменения. Сюда относят устройства суммирования, вычитания, логарифмирования, антилогарифмирования, фильтрации, детектирования, перемножения, деления, сравнения и др. Преобразователи сопротивлений - выполняются на основе усилителей с обратными связями. Они могут преобразовывать величину, тип, характер сопротивления. Используют их в некоторых устройствах обработки сигналов. Особый класс составляют всевозможные генераторы и связанные с ними устройства.

Устройства модуляции-демодуляции. Одним из этапов преобразования сообщения в сигнал для его передачи в канал связи является модуляция. Модуляция - изменение какого-либо параметра переносчика сигнала в соответствии с функцией отображающей сообщение. Демодуляция - отделение полезного (модулирующего) сигнала от несущей. Модуляция и демодуляция осуществляется с помощью устройств, называемых модулятором и демодулятором. Модулятор — устройство, изменяющее параметры несущего сигнала в соответствии с изменениями передаваемого (информационного) сигнала. Детектор, демодулятор— электронный узел устройств, отделяющий полезный (модулирующий) сигнал от несущей составляющей. Детектор радиоприёмного устройства, или демодулятор, восстанавливает информацию из радиосигнала, заложенную в него модулятором. Модем - устройство, преобразующее код в сигнал (модулятор) и сигнал в код (демодулятор), используемое для передачи данных по каналам связи.

Функциональная схема и основные элементы системы цифровой связи. Выход источника может быть либо аналоговым сигналом, как звуковой или видеосигнал, либо цифровым сигналом, как выход печатающей машины, - он дискретен во времени и имеет конечное число выходных значений. Процесс эффективного преобразования выхода источника - как аналогового, так и цифрового - в последовательность двоичных символов называют кодированием источника или сжатием данных. Последовательность двоичных символов от кодера источника, который мы назовём источником информации, поступает на кодер канала. Цель кодера канала состоит в том, чтобы ввести управляемым способом некоторую избыточность в информационную двоичную последовательность, которая может использоваться в приёмнике, чтобы преодолеть влияние шума и интерференции, с которой сталкиваются при передачи сигнала через канал. Двоичная последовательность на выходе кодера канала поступает на цифровой модулятор, который служит интерфейсом к каналу связи. Так как почти все каналы связи, с которыми сталкиваются на практике, способны к передаче электрических сигналов (волновых процессов), основная цель цифрового модулятора сводится к отображению информационной двоичной последовательности в соответствующий сигнал. Канал связи - это физическая среда, которая используется для передачи сигнала от передатчика к приёмнику. При беспроволочной связи каналом может быть атмосфера (свободное пространство). На приёмной стороне системы цифровой связи цифровой демодулятор обрабатывает искажённый каналом передаваемый сигнал и преобразует его в последовательность чисел, которые представляют оценки переданных данных (двоичных или М-позиционных). Эта последовательность чисел поступает на канальный декодер, который пытается восстановить первоначальную информационную последовательность, используя знание канального кода и избыточности, содержащейся в принятых данных. На заключительной стадии, когда рассматривается аналоговый выход, декодер источника принимает выходную последовательность от декодера канала и, используя знание метода кодирования источника, применённого на передаче, пытается восстановить исходную форму сигнала источника.

Характеристики системы с обратной связью и их особенности. Системы с обратной связью характеризуются повторением кодовых комбинаций, в которых обнаружены ошибки. Решение о необходимости повторения может выноситься на приеме (системы с решающей обратной связью - РОС) или на передаче (системы с информационной обратной связью - ИОС).В системах с РОС приемником определяется наличие в принятой комбинации ошибки или вычисляется вероятность того, что кодовая комбинация содержит ошибки. Если в кодовой комбинации обнаружены ошибки или вероятность того, что в ней со­держатся ошибки, оказалась достаточно большой, то по обратному каналу посылается сигнал решения о необходимости повторения (отсюда название решающая обратная связь). В системах с ИОС принятая кодовая комбинация A^*_i возвращается на передающую сторону по обратному каналу, где она сравнивается с переданной комбинацией A_i. Последнюю можно рассматривать как эталонную комбинацию. Если комбинации A^*_i и A_i различаются, то комбинация A_i передается повторно.

Циклические коды. Алгоритм Лемпеля-Зива (Lempel-Ziv) и его многочисленные разновидности используют текст сам по себе для итеративного построения синтаксически выделенной последовательности кодовых слов переменной длины, которые образуют кодовый словарь. Код предполагает, что существующий словарь содержит уже закодированные сегменты последовательности символов алфавита. Данные кодируются с помощью просмотра существующего словаря для согласования со следующим коротким сегментом кодируемой последовательности. Если согласование найдено, код следует такой философии: поскольку получатель уже имеет этот сегмент кода в своей памяти, нет необходимости пересылать его, требуется только определить адрес, чтобы найти сегмент. Код ссылается на расположение последовательности сегмента и затем дополняет следующий символ в последовательности, чтобы образовать новую позицию в словаре кода. Код начинается с пустого словаря, так что первые элементы являются позициями, которые не ссылаются на более ранние. В одной форме словаря рекуррентно формируется выполняемая последовательность адресов и сегмент символов алфавита, содержащийся в ней. Закодированные данные состоят из пакета <адрес словаря, следующий знак данных>, а каждый новый входной элемент словаря образован как пакет, содержащий адрес того словаря, за которым следует следующий символ. Следующий применяемый код называют защитой Уолша (Walsh cover). Данный код используется для распределения по каналам с последующим расширением спектра. Код является ортогональным и генерируется с помощью матрицы Адама-pa (Hadamard matrix) Используя указанный метод, можно создать код Уолша, размерность которого равна (k — положительное целое число). Набор кодов Уолша характеризуется матрицей 64 х 64, где каждая строка соответствует отдельному коду. Один из 64 кодов суммируется по модулю 2 с защищаемой двоичной последовательностью. Поскольку элементы набора кодов Уолша взаимно ортогональны, их применение позволяет разделить прямой канал связи на 64 ортогональных сигнала. Код Хаффмана (Huffman code) — это свободный от префикса код, который может давать самую короткую среднюю длину кода n для данного входного алфавита. Самая короткая средняя длина кода для конкретного алфавита может быть значительно больше энтропии алфавита источника, и тогда эта невозможность выполнения обещанного сжатия данных будет связана с алфавитом, а не с методом кодирования. Часть алфавита может быть модифицирована для получения кода расширения, и тот же метод повторно применяется для достижения лучшего сжатия. Эффективность сжатия определяется коэффициентом сжатия. Эта мера равна отношению среднего числа бит на выборку до сжатия к среднему числу бит на выборку после сжатия. Процедура кодирования Хаффмана может применяться для преобразования между любыми двумя алфавитами.

Цифровые сигналы и их основные параметры. Цифровой сигнал — сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений. Параметры сигналов. Мощность сигнала Удельная энергия сигнала Длительность сигнала определяет интервал времени, в течение которого сигнал существует (отличен от нуля); Динамический диапазон есть отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей: Ширина спектра сигнала  — полоса частот, в пределах которой сосредоточена основная энергия сигнала; База сигнала есть произведение длительности сигнала на ширину его спектра . Необходимо отметить, что между шириной спектра и длительностью сигнала существует обратно пропорциональная зависимость: чем короче спектр, тем больше длительность сигнала. Таким образом, величина базы остается практически неизменной; Отношение сигнал/шум равно отношению мощности полезного сигнала к мощности шума; Объём передаваемой информации характеризует пропускную способность канала связи, необходимую для передачи сигнала. Он определяется как произведение ширины спектра сигнала на его длительность и динамический диапазон:

Широко применяемые способы динамического представления сигналов. Формы сигналов при двоичном коде для различных видов дискретной модуляции будет получено точное представление исходного сигнала. Будем называть этот способ описания сигналов динамическим представлением, подчеркивая этим развивающийся во времени характер процесса. Широкое применение нашли два способа динамического представления. Согласно первому из них в качестве элементарных сигналов используются сту­пенчатые функции, возникающие через равные промежутки времени Д. Высота каждой ступеньки равна приращению сигнала на интервале времени А. При втором способе элементарными сигналами служат прямоугольные импульсы. Эти импульсы непосредственно примыкают друг к другу и образуют последовательность, вписанную в кривую или описанную вокруг нее.