- •Радиотехнические сигналы
- •1.1. Классификация сигналов
- •1.2. Гармонические сигналы и их представление
- •1.3. Спектральное представление сигналов
- •2.1. Общие понятия и элементы теории электрических цепей
- •Основные электрические величины
- •Идеальные элементы цепей
- •Пассивные двухполюсники
- •Активные двухполюсники
- •Законы Кирхгофа
- •2.2 Методы анализа электрических цепей
- •2.2.1. Основы метода комплексных амплитуд
- •2.2.2. Комплексное сопротивление и комплексная проводимость
- •2.2.3. Методы составления уравнений состояния цепей
- •2.2.4. Элементы теории четырехполюсников
- •2.3. Частотные характеристики линейных цепей
- •3. Основы полупроводниковой электроники
- •3.1. Электрофизические свойства полупроводников
- •3.2. Электронно-дырочный переход
- •3.3. Диоды
- •3.4. Транзисторы
- •3.4.1. Биполярные транзисторы
- •3.4.2. Полевые транзисторы
- •3.4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
- •3.4.2.2. Полевые транзисторы с индуцированным каналом
- •3.4.2.3. Полевые транзисторы со встроенным каналом
- •3.4.3. Дифференциальные параметры и эквивалентные
- •4. Усиление электрических сигналов
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Основные положения линейной теории усиления сигналов
- •4.2.1. Анализ режима покоя. Схемотехника усилительных цепей.
- •4.2.2. Анализ режима усиления
- •4.3. Частотные характеристики усилителя на резисторах
- •4.4. Избирательные усилители
- •4.1.1. Резонансный усилительный каскад с общим эмиттером
- •4.1.2. Каскады со связанными контурами
- •4.5. Обратные связи в электронных усилителях
- •4.6. Повторители напряжения
- •4.7. Усилители постоянного тока
- •4.8. Операционные усилители
- •4.9. Оконечные каскады усилителей мощности
- •5. Генерирование электрических колебаний
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Автогенераторы гармонических колебаний
- •5.2.2. Трехточечные lc – автогенераторы
- •6. Автогенераторы релаксационных колебаний
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Мультивибратор на биполярных транзисторах
- •6.3. Мультивибратор на операционном усилителе
- •7. Нелинейные и параметрические преобразования сигналов.
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты
- •7.3. Модуляция сигналов
- •7.3.1. Амплитудная модуляция
- •7.3.2. Угловая модуляция
- •7.4. Детектирование сигналов
- •7.4.2. Детектирование сигналов с угловой модуляцией.
- •7.5. Преобразование частоты
- •7.6. Синхронное детектирование
- •7.7. Параметрическое усиление
- •8. Источники вторичного электропитания
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Выпрямители
- •8.2.1. Однополупериодный выпрямитель
- •8.2.2. Мостовой двухполупериодный выпрямитель.
- •8.3. Сглаживающие фильтры.
- •8.4. Стабилизаторы напряжения
- •9. Основы цифровой техники
- •9.1. Общие сведения о цифровой обработке сигналов
- •9.2. Цифровое представление информации. Цифровые коды
- •9.3. Основы алгебры логики
- •9.4. Логические элементы (лэ)
- •9.5. Представление логических переменных электрическими сигналами
- •9.6. Базовые логические элементы. Их классификация,
- •9.7. Классификация логических устройств
- •9.8. Комбинационные логические устройства (клу)
- •9.8.2. Логическое устройство неравнозначности (Исключающее или).
- •9.8.3. Логическое устройство равнозначности
- •9.8.4. Полусумматор одноразрядных двоичных чисел.
- •9.8.5. Сумматор одноразрядных двоичных чисел.
- •9.8.6. Сумматор одноразрядных десятичных чисел.
- •9.8.7. Преобразователи кодов
- •9.9. Последовательностные логические устройства (плу)
- •9.9.1. Триггеры
- •9.9.2. Счетчики.
- •9.9.3. Регистры.
- •9.10. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •9.11. Запоминающие устройства
- •9.12. Примеры цифровых систем
- •9.12.1. Электронные часы
- •9.12.2. Микропроцессорные системы
- •10. Линейные цепи с распределенными
- •10.1. Общие сведения о длинной линии
- •10.2. Телеграфные уравнения
- •10.3. Длинная линия. Гармонический волновой процесс
- •10.3.1. Общее решение телеграфных уравнений
- •10.3.2. Прямые и обратные волны
- •10.3.3. Отражение волн в длинной линии
- •10.3.4. Интерференция прямых и обратных волн
- •10.3.5. Пример построения интерференционной картины
- •10.3.6. Входное сопротивление длинной линии
- •10.4. Комплексный коэффициент передачи и передаточная функция системы с длинной линией
- •10.4.1. Постановка задачи
- •10.4.2. Способ, основанный на представлении рассматриваемой системы совокупностью функциональных узлов
- •10.4.3. Способ, основанный на использовании граничных условий
- •10.5. Примеры практического применения длинных линий
7.5. Преобразование частоты
Преобразование частоты – это процесс линейного переноса спектра модулированного колебания из области несущей частоты радиосигнала в область другой несущей частоты, называемой промежуточной частотой, без изменения вида модуляции.
Преобразование частоты основано на гетеродировании – смешивании двух сигналов различной частоты в нелинейной или параметрической цепи для получения третьей частоты, которая затем выделяется полосовым фильтром. Преобразователь частоты (рис. 7.13а) состоит из смесителя (СМ), гетеродина (Г) и полосового фильтра (ПФ), настроенного на промежуточную частоту. Принцип действия преобразователя частоты рассмотрим на примере принципиальной схемы (рис. 7.13б), на которой показан преобразователь частоты без гетеродина, чтобы не усложнять схему. Гетеродин – это вспомогательный автогенератор гармонических колебаний (принцип работы и схемы автогенераторов рассмотрены в разделе 5).
а) б)
Рис. 7.13 Преобразователь частоты
а) структурная схема;
б) принципиальная схема
В данной схеме смесителем является биполярный транзистор, работающий в нелинейном режиме. Положим, что на базу транзистора подается амплитудно-модулированный радиосигнал
, (7.38)
а на его эмиттер – гармоническое колебание от гетеродина
. (7.39)
Амплитуды обоих колебаний малые, поэтому для определения тока коллектора проходную ВАХ транзистора аппроксимируем полиномом
. (7.40)
Из (7.40) после возведения в квадрат в третьем слагаемом можно видеть, что в коллекторном токе появляется слагаемое в виде произведения , т.е. транзистор выполняет перемножение двух сигналов. В результате перемножения двух сигналов в спектре коллекторного тока появляются комбинационные частотыи
(7.41)
Полосовой фильтр в виде системы индуктивно-связанных контуров, настроенный на промежуточную частоту , выделит из обогащенного спектра коллекторного тока колебание только этой частоты. В результате на выходе преобразователя частоты получим напряжение
. (7.42)
7.6. Синхронное детектирование
Синхронное детектирование основано на преобразовании частоты, когда частота гетеродина равна несущей частоте сигнала . В данном случае гетеродин называетсягенератором опорного сигнала. После смешивания опорного колебания с сигналом в спектре выходного тока нелинейного элемента появляется составляющая с . Фильтр нижних частот из обогащенного спектра коллекторного тока выделит только низкочастотное колебание, несущее информацию о модулирующем сигнале
. (7.43)
Здесь – разность начальных фаз ВЧ сигнала и опорного колебания. На рис. 7.14 показан вариант схемы синхронного детектора, в котором в качестве нелинейного элемента используется биполярный транзистор.
Рис. 7.14 Схема синхронного детектора
7.7. Параметрическое усиление
Параметрическое усиление основано на преобразовании энергии в цепи, содержащей параметрическую емкость типа варикапа. В диапазоне сверхвысоких частот такая емкость называется варактором и представляет собой СВЧ-диод с обратно смещенным p-n-переходом.
Из курса «Общая физика» известно, что запасенная в емкости энергия определяется формулой
. (7.44)
Пусть величина емкости быстро изменяется, при этом заряд остается постоянным. Рассматривая энергию как функцию от емкости, получим
. (7.45)
Знак минус здесь указывает на то, что уменьшение емкости () вызывает увеличение запасенной в ней энергии (). Увеличение энергии происходит за счет затрат на выполнение работы против сил электрического поля при уменьшении величины емкости.
При воздействии на параметрическую емкость двух источников колебаний разной частоты в системе происходит обмен энергией между колебаниями: энергия колебаний внешнего источника, который называется генератором накачки, передается в цепь полезного колебания.
Рассмотрим принцип работы многоконтурного параметрического усилителя, обобщенная схема которого показана на рис. 7.15. Усилитель состоит из параметрической емкости, параллельно которой подсоединены три цепи. Две цепи содержат источники сигнала и накачки, создающие гармонические колебания с частотами и, и узкополосные фильтры. Эти фильтры пропускают колебания только с частотамиисоответственно. Третья цепь является пассивной. Она содержит активную нагрузкуи узкополосный фильтр, так называемый холостой контур, настроенный на комбинационную частоту. Считаем, что цепи сигнала и накачки без омических потерь.
Рис. 7.15. Обобщенная схема многоконтурного параметрического усилителя
Считая параметрический усилитель замкнутой системой, в соответствии с законом сохранения энергии запишем условие баланса средних мощностей:
. (7.46)
Если мощность выразить через энергию тогда (7.46) примет вид
, (7.47)
а проведя упрощение, получим
. (7.48)
Равенство (7.48) должно быть тождественным при любых частотах и. Это возможно лишь в том случае, если
. (7.49)
Выполнив переход от энергии к мощности, получим два соотношения
(7.50)
которые называются уравнениями Мэнли-Роу.
Уравнения Мэнли-Роу позволяют просто и наглядно изучать закономерности преобразования мощностей накачки и сигнала в многоконтурных параметрических цепях.
Если в уравнениях Мэнли-Роу положить , получим
(7.51)
Отсюда видим, что при мощностии. Значит, при настройке холостого контура на комбинационную частотуи источник сигнала, и генератор накачки отдают мощность в цепь холостого контура на активную нагрузку. Поскольку, то коэффициент усиления мощности
. (7.52)
Усиление сигнала происходит с повышением частоты.