Цифровые микросхемы.

Микросхемы делятся на два больших вида: аналоговые и цифровые. Аналоговые микросхемы работают с аналоговым сигналом, а цифровые, соответственно – с цифровым. Примерный список:

• Триггеры

• Счетчики

• Шифраторы

• Дешифраторы

• Мультиплексоры

• Компараторы

Все цифровые микросхемы работают с цифровыми сигналами.

Цифровые сигналы – это сигналы, имеющие два стабильных уровня – уровень логического нуля и уровень логической единицы. У микросхем, выполненных по различным технологиям, логические уровни могут отличаться друг от друга.

Классификация усилителей.

Устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов, называется электронным усилителем.

Основной классификацией усилителей является классификация по диапазону усиливаемых частот.

1. Усилители низкой частоты - диапазон усиливаемых частот от 10Гц до 100кГц.

2. Усилители высокой частоты - диапазон усиливаемых частот от 100кГц до 100МГц.

3. Усилители постоянного тока. Они могут усиливать постоянный ток. Диапазон усиливаемых частот от 0Гц до 100кГц.

4. Импульсные усилители - широкополосные импульсные и видеоусилители. частотный диапазон усиливаемых частот от 1кГц до 100кГц.

5. Избирательные, или резонансные усилители - это усилители, работающие в узком диапазоне частот.

Обратная связь в усилителе

Виды обратной связи.

Обратной связью в усилителе (в целом) или же в отдельно взя­том каскаде называется такая связь между входом и выходом, при которой часть энергии уси­ленного сигнала с выхода передаётся на вход.

По способу своего возникновения обратная связь может быть внутренней, паразитной и ис­кусственной.

Внутренняя ОС возникает за счет внутренних свойств элементов схемы. Паразитная ОС воз­никает за счет паразитных емкостей и индуктивностей. Стараются внутреннюю паразитную обратную связь возможно сильнее уменьшить.

Искусственная ОС вводится специально для улучшения основных характеристик усилителя. По признаку петлевого усиления различают положительную ОС (ПОС) и ООС.

При ПОС сиг­нал на вход усилителя через цепь ОС поступает в фазе со входным сигналом. При ООС сиг­нал, проходя цепь ОС, будет подаваться в противофазе с входным сигналом. В усилителях, в основном, применяется ООС; ПОС применяется в генераторах.

В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к входу усилителя, различают ОС по току и по напряжению. В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают параллельную и последовательную ОС усилителя .

Виды межкаскадных связей.

Для увеличения коэффициента усиления могут приме­няться многокаскадные усилители. В этом случае между каскадами, а также между входом усилителя и источником сигнала или же между выходом усилителя и нагрузкой могут суще­ствовать следующие виды межкаскадных связей.

Резисторно-емкостная связь.

Резисторно-емкостная связь является наиболее широко распространенной в усилителях пере­менного напряжения.

Трансформаторная связь.

Трансформаторная связь позволяет осуществить оптимальное согласование между каскадами путем подбора коэффициента трансформации трансформатора. Недостатки:

• Сравнительно большие габариты и вес трансформаторов.

• Большие частотные искажения, так как сопротивления обмоток трансформатора зависят от частоты, поэтому трансформаторная связь применяется на низких частотах и в узком диапазоне.

Выходные каскады усилителей

Однотактный выходной трансформаторный каскад.

Выходные каскады усиления являются усилителями мощности. Однотактный выходной трансформаторный каскад в качестве коллекторной нагрузки име­ет первичную обмотку согласующего трансформатора.

Применение согласующих трансформаторов позволяет осуществлять оптимальное согласование выхода усилителя с на­грузкой

Применяются однотактные выходные каскады для усиления небольших мощностей. Недостатками являются все недостатки трансформаторной межкаскадной связи.

Двухтактный выходной трансформаторный каскад.

Во входной цепи включен трансформатор Tpl со средней точкой во вторичной обмотке. Это позволяет получить на базах транзисторов VT1 и VT2 два одинаковых по амплитуде и противоположных по фазе напряже­ния .

Когда на базы транзисторов будет подаваться положительное напряжение они будут нахо­диться в открытом состоянии и через них будут протекать токи от плюса Ек, средняя точка Тр2, половина первичной обмотки Тр2, коллектор - эмиттерный переход транзистора, общий провод, минус Ек. Следовательно, в первичной обмотке Тр2 токи будут протекать от средней точки в разные стороны, за счет чего магнитные потоки в сердечнике и наводимые во вторич­ной обмотке магнитные поля, а значит, и ток в нагрузке будут вычитаться.

Ток в нагрузке будет иметь двойной размах по сравнению с каждым из токов транзистора, а следовательно, такая схема будет отдавать в нагрузку удвоенную мощность по сравнению с мощностью, рассеиваемой каждым из транзисторов.Эта схема используется для усиления больших мощностей.

Достоинства: малые нелинейные искажения, так как в сердечнике отсутствует постоянная со­ставляющая магнитного потока и не происходит насыщение; схема не чувствительна к пульса­циям напряжения питания.

Недостатки: все недостатки трансформаторных схем - узкий диапазон частот, повышенные габариты и вес трансформатора, большие частотные искажения.

Частично недостатки трансформаторных каскадов можно устранить, если на входе вместо трансформатора Tpl поставить фазоинверсный каскад (или каскад с разделенной нагрузкой), имеющий два выхода.

Двухтактный выходной бестрансформаторный каскад.

Наиболее широкое распространение в выходных усилителях получили бестрансформаторные каскады на транзи­сторах разного типа проводимости.

При подаче на вход положительной полуволны напряжения транзистор VT1, структуры n-р-n, будет открыт, а транзистор VT2,структуры p-n-р, будет закрыт, и через нагрузку будет проте­кать ток по цепи от плюса Ек1, коллектор - эмиттер VT1, Rh, общий провод, минус Ек1.При отрицательной полуволне входного напряжения транзистор VT1 закрывается, a VT2 открывается, и через него будет протекать ток от плюса Ек2, Rh, эмиттер - коллектор VT2, ми­нус Ек2.

Таким образом, токи в нагрузке будут вычитаться, за счет чего в нагрузке появится удвоенная амплитуда тока, следовательно, и удвоенная мощность.

Достоинства: все достоинства двухтактных бестрансформаторных каскадов - большая выход­ная мощность, независимость от пульсаций ИП, малые нелинейные искажения. Кроме того, двухтактные бестрансформаторные каскады свободны от недостатков трансформаторных кас­кадов.

Недостаток данной схемы: быстрый выход из строя транзисторов при КЗ или перегрузке в на­грузке.

Усилители постоянного тока (УПТ).

Усилителем постоянного тока называется устройство с гальванической связью между касадами, которое может усиливать не только переменную составляющую сигнала в некотором диапазоне частот, но и, самое главное, его постоянную составляющую. УПТ подразделяются на однокаскадные и многокаскадные.

Важной особенностью УПТ выступает то, что с выхода помимо переменной составляющей сигнала на вход следующего каскада поступает некоторая постоянная составляющая.

Операционные усилители

Операционным усилителем называется устройство, предназначенное для выполнения мате­матических операций с аналоговыми сигналами, имеющее исключительно высокий коэф­фициент усиления, очень большое входное и малое выходное сопротивление и выполнен­ное в микроэлектронном исполнении.

Операционный усилитель включает в свой состав один или несколько дифференциальных каскадов УПТ, генератор стабильного тока для питания этих каскадов и выходные эмиттерные повторители для увеличения входного и уменьшения выходного сопротивления.

На принципиальных схемах, чаще всего, он обозначается следующим образом:

На рисунке обозначены три самых главных вывода ОУ - два входа и выход. Есть еще выводы питания. Два входа ОУ - инвертирующий и неинвертирующий названы так по присущим им свойствам. Если подать сигнал на инвертирующий вход, то на выходе мы получим инвертированный сигнал, сдвинутый по фазе на 180 градусов - зеркальный; если же подать сигнал на неинвертирующий вход, то на выходе мы получим фазово не измененный сигнал.

^{Индикаторы}

Буквенно-цифровые индикаторы.

Буквенно-цифровые индикаторы предназначены для отображения информации в виде цифр, букв и различных символов. Различают следующие виды буквенно-цифровых индикаторов:

• Накальные;

• Газоразрядные;

• Светодиодные;

• Вакуумные электролюминесцентные;

• Жидкокристаллические.

Накальные и газоразрядные индикаторы в настоящее время практически не применяются. Светодиодные индикаторы бывают двух видов: семисегментные и матричные. Семисегментные светодиодные индикаторы предназначены для отображения информации в виде цифр и включают в свой состав восемь светодиодов, семь из которых имеют форму сегментов, а один, восьмой, - точка.

Жидкокристаллические индикаторы.

Жидкими кристаллами называют материал в виде длинных цепочек с очень высокой подвижностью. За счет этого в обычном состоянии эти молекулы располагаются хаотично и жидкий кристалл не прозрачен. Если поместить жидкий кристалл в электрическое поле, то молекулы ориентируются относи­тельно линии напряженности поля и жидкий кристалл становится прозрачным.

В состав конструкции входит:

1. стекло;

2. прозрачный электрод;

3. жидкий кристалл;

4. непрозрачный электрод.

Прозрачный электрод выполняется в виде сегментов, букв или символов и в зависимости от того между каким из прозрачных электродов и непрозрачным электродом создаётся электри­ческое поле в этом месте жидкий кристалл становится прозрачным и сквозь него оказывается виден непрозрачный электрод.

Достоинства: малое питающее напряжение, чрезвычайно малый потребляемый ток. Недостаток: можно использовать только при внешнем освещении.

ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ

Основные понятия и определения

Теоретической базой построения радиотехнических систем ( РТС ) является радиотехника.

Радиотехника - область науки и техники, изучающая проблемы передачи и получения информации с помощью радиоволн.

Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания с частотами 3•10³...3•10¹² Гц. Электромагнитные колебания распространяются в околоземном пространстве со скоростью света С = 300000 км/с.

Математически радиоволны описываются гармоническими функциями

s(t) = A·Cos(2ft + φ),

где А - амплитуда,

f - частота,

φ - начальная фаза.

Основной характеристикой радиоволны является частота f. Единица измерения частоты

1 Гц - один период колебания в секунду. Для измерения радиочастот используют кратные единицы: 1 кГц = 1000 Гц, 1 МГц = 1000 кГц, 1ГГц = 1000 МГц. Зная частоту f, можно определить период Т(с) = 1/f(Гц). Зная период T, можно определить длину волны:

λ = с·Т.

Длина волны - расстояние, которое проходит электромагнитная волна за время одного периода переменного тока. Длина волны обозначается буквой λ и выражается обычно в метрах, сантиметрах или миллиметрах. Длина волны и частота обратно пропорциональны друг другу. Длина волны в метрах равна отношению 300 000 000/ f, где частота f выражается в герцах. Длину волны измеряют в метрах или кратных/дольных единицах - километрах, дециметрах и т.п.

Деление радиоволн на диапазоны

Электромагнитные волны, частоты которых произвольно ограничены частотой 3 кГц снизу и 3 000 ГГц сверху, называются радиоволнами. В соответствии с Регламентом Радиосвязи весь радиочастотный спектр подразделяется на 9 диапазонов частот. Наибольшее распространение в судовой связи имеют следующие диапазоны:

300-3000 кГц Гектометровые волны ( 1 км - 100 м )

3-30 МГц Декаметровые волны ( 100 - 10м)

30-300 МГц Метровые волны ( 10 - 1 м )

300-3000 МГц Дециметровые волны (1м-10 см)

3-30 ГГц Сантиметровые волны ( 10 - 1 см )

В каждом из этих диапазонов для использования в морской подвижной службе выделены полосы частот. В неофициальной терминологии некоторые из этих полос имеют следующие названия:

- средние волны (СВ): 405-526,5 кГц;

- промежуточные волны (ПВ): 1.605-3,8 МГц;

- короткие волны (KB): 4-27,5 МГц (в данной полосе используются выделенные для морской подвижной службы частоты в поддиапазонах 4, б, 8, 12, 16, 18/19, 22. и 25/26 МГц.

- ультракороткие волны (УКВ): 156-174 МГц.

Основные свойства радиоволн

Радиоволны представляют собой переменные связанные электрические и магнитные поля. Электромагнитное поле описывается уравнениями Максвелла, который обосновал гипотезу о том, что переменное электрическое поле возбуждает в окружающем пространстве переменное магнитное поле и наоборот. Основные свойства электромагнитного поля:

1. В однородном пространстве радиоволны распространяются прямолинейно, скорость распространения волн в воздушном пространстве равна 300.000 км\с.

2. Распространение волн в проводящей среде (земле, воде, ионизированном газе) сопровождается поглощением энергии.

3. Если волны от одного и того же источника приходят в точку приема разными путями, происходит сложение этих волн - интерференция.

4. При встрече с препятствиями волны способны огибать их - это явление называется дифракцией.

Расстояние, на котором возможно осуществление радиосвязи, зависит от выбранной частоты, мощности передатчика, чувствительности приемника, типа и размещения антенной системы, условий распространения. Для конкретного радиооборудования и антенн, установленных на судне, основным фактором, определяющим дальность связи, является выбранная частота (длина волны). Радиоволны различных диапазонов распространяются на различные расстояния.

Распространение радиоволн зависит от свойств атмосферы.

Типы волн

Расстояние, на котором возможно осуществление радиосвязи, зависит от выбранного диапазона, мощности передатчика, чувствительности приемника, типа и размещения антенн, условий распространения. Для конкретного радиооборудования и антенн, установленных на судне, основным фактором, определяющим дальность связи в конкретный момент времени, является выбранная частота связи.

При упрощенном рассмотрении распространения , радиоволн, излучаемых передающей антенной, их можно подразделить на три типа:

- поверхностные волны (surface waves);

- ионосферные волны (sky waves);

- прямые волны (space waves).

Поверхностные волны распространяются вдоль поверхности земли. При этом с ростом частоты увеличивается поглощение энергии волны землей и дальность распространения уменьшается. Поверхностные волны являются доминирующими для радиоволн частотой до 3 МГц. Причем более длинные волны легко огибают препятствия, а также огибают Землю, проходя за линию горизонта.

Ионосферные волны характеризуются наличием и свойствами ионосферы.

Ионосфера

Атмосфера, окружающая нашу Землю, представляет собой смесь ряда га­зов.

Нижний слой атмосферы назван тропосферой. Он простирается до высоты около 10 - 12 км. Выше расположена стратосфера, верхняя граница которой лежит на высоте 60-80 км.

На этой высоте начинается расслоение газов: более тяжелые молекулы кислорода располагаются внизу, более легкие молекулы азота - вверху. Стратосфера достигает высоты 60 - 70 км. Над стратосферой располагается ионизирован­ный слой атмосферы, названный ионосферой. Здесь, под воздействием солнечной и космической радиации, молекулы кислорода и азота расщепляются на атомы, часть из которых теряет элект­роны. Поэтому в ионосфере находится большое количество ионов и свобод­ных электронов. Электрические свойства ионосферы характеризуются концентрацией свободных зарядов - числом ионов и электронов в единице объема (1 куб.метре). Степень ионизации атмосферы зависит от интенсивности солнечной радиации и изменяется в различное время суток и года. Днем и в летнее время проводимость и толщина ионизированных слоев увеличивается, а ночью и в зимнее время степень ионизации уменьшается. Ионизация также изменяется вместе с солнечной активностью с периодом 11 лет - с ростом числа солнечных пятен активность слоев растет.

Ионосфера ионизирована неравномерно: она имеет слои максимумов и минимумов ионизации. Максимумы названы слоями D, E и F. Слой D находит­ся на высоте около 70 - 90 км, имеет малую концентрацию электронов и существует только в дневное время. Максимум ионизации слоя Е лежит на высоте примерно 120 - 130 км, толщина его 30 - 40 км. Слой F имеет большую толщину (200 - 600 км), а максимум ионизации его расположен на высоте 250 -350 км. Слой F в дневное и летнее время расщепляется на два слоя F1 и F2.

Концентрация электронов в ионосфере непрерывно изменяется, но замет­ные, резкие изменения происходят лишь в часы восхода и захода солнца. Днем, в освещаемой солнцем части ионосферы, ионизация усиливается и ионизиро­ванные слои опускаются ниже. Ночью ионизация в неосвещенной части ионосферы падает, слои F и Е уменьшаются, а слой D вовсе исчезает.

Помимо регулярных, закономерных явлений в ионосфере и изменений ее свойств, существуют нерегулярные, случайные возмущения ионосферы, вызванные, например, протуберанцами на солнце, влиянием мете­оров и т. п. Указанные явления могут вызвать кратковременные, а иногда и длительные перерывы в радиосвязи вследствие резких изменений в состоя­нии ионосферы в эти периоды.

Распространение средних радиоволн

Средние радиоволны СЧ (MF) - (ƒ 300...3000 кГц, l 200…3000 м) обладают более резко очерченной разницей в напряженности поля в дневное и ночное время. При организации радиосвязи в диапазоне средних радиоволн используют как поверхностную, так и пространственную волну, но пространственная волна днем почти не проходит, неся очень большие потери в мало ионизированном слое. Ночью пространственные волны могут быть хорошо использованы, так как слой D не мешает распространению, а слой Е служит хорошим отража­телем, не вносящим больших потерь энергии.

Таким образом, напряженность поля в месте приема очень сильно зависит от времени суток. Если днем нельзя принимать данную радиостанцию вслед­ствие малой напряженности электромагнитного поля, то в ночные часы прием может быть вполне устойчивым.

На распространение пространственных сред­них волн начинают действовать глубинные слои ионосферы. Эти волны проходят довольно далеко в толщу слоя Е и вследствие этого претерпевают там некоторое поглощение. Неустойчивость напряжен­ности поля средних радиоволн в месте приема осо­бенно заметна во время перехода от дня к ночи и от ночи к дню. Вообще же средневолновый диапазон и особенно его более коротковолновая часть характе­ризуются почти непрерывными колебаниями напряженности поля, основной причиной которых служат изменения концентрации, толщины и высоты ионизированных слоев и главным образом слоя Е.

Поверхностная радиоволна в средневолновом диапазоне затухает значи­тельно быстрее, чем в длинноволновом и это ограничивает радиосвязь с исполь­зованием поверхностной волны небольшими расстояниями.

На распространении поверхностных средних волн сказываются рельеф местности, а также изменения в тропосфере (температура, влажность и т. п.). Распространение поверхностной волны носит довольно постоянный ха­рактер, а поэтому и прием при использовании поверхностной волны устойчив.