Радіотехнічні кола та сигнали 1



Скачати 423.4 Kb.
Pdf просмотр
Сторінка1/3
Дата конвертації27.01.2017
Розмір423.4 Kb.
  1   2   3

Радіотехнічні кола та сигнали

1.

Наслідком якого фізичного закону є перше правило Кірхгофа ? Його
формулювання.
Перший закон Кірхгофа говорить, що алгебраїчна сума струмів у вузлі або в будь-якому довільному перерізі схеми дорівнює нулю
0 1
i
i
I
. Струми, що входять у вузол або переріз, мають знак ―+‖, а ті , що виходять – знак ―–―. Закон випливає із закону збереження заряду.
2.

Наслідком якої властивості електростатичного поля є друге правило
Кірхгофа ? Його формулювання.
Згідно з другим законом Кірхгофа алгебраїчна сума напруг у контурі дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС у цьому контурі
k
i
i
m
i
i
E
U
1 1
. Напруги і ЕРС позитивні при співпаданні їх напрямків з напрямком обходу контуру. Второй закон Кирхгофа связан с понятием потенциала электрического поля, как работы, совершаемой при перемещении единичного точечного заряда в пространстве. Если такое перемещение совершается по замкнутому контуру, то суммарная работа при возвращении в исходную точку будет равна нулю. В противном случае путем обхода контура можно было бы получать положительную энергию, нарушая закон ее сохранения.
3.

Яким є внутрішній опір ідеального генератора напруги?
Джерело напруги або генератор напруги - елемент електричного кола, який забезпечує на своїх клемах певне значення напруги. Ідеальне джерело напруги характеризується певним значенням електрорушійної сили і нульовим внутрішнім опором. Сила струму, що протікає через таке джерело повністю визначається колом навантаження.
R
I
, де ε - електрорушійна сила, R - електричний опір навантаження. Реальні джерела напруги мають скінченні значення внутрішнього опору.
4.

Якою є внутрішня провідність ідеального генератора струму?
— елемент електричного кола, який забезпечує в ньому протікання певного електричного струму. Ідеальне джерело струму створює в електричному колі струм, який не залежить від навантаження і будь-яких зовнішніх умов. Такий елемент є абстракцією. Електрорушійна сила та внутрішній опір в такому
ідеальному джерелі струму повинні бути нескінченними і пропорційними одне одному.
Таким чином провідність повинна дорівнювати нулю. Реальні джерела струму характеризуються скінченними значеннями електрорушійної сили і внутрішнього опору.
5.

Зв’язок між напругою та струмом в основних елементах електричного
кола.
Для резисторів
RI
U
, для ємностей
Idt
C
U
1
, для індуктивностей
dt
dI
L
U

6.

Основні параметри, які характеризують резонанс в послідовному
контурі.
Умова резонансу θ
вх
= 0, тобто ωL – 1/ωC = 0, звідси резонансна частота
LC
/
1 0
;
LC
f
2
/
1 0
. Характеристичним опором контуру називають модуль опору кожного реактивного елемента на резонансній частоті:
C
L
C
X
L
X
C
L
/
/
1 0
0 0
0
Відношення напруги на котушці або конденсаторі до напруги, що прикладена до кола на резонансній частоті, називається добротністю контуру Q = U
20
/U
1
= ρI
p
/RI
p
= ρ/R. Таким чином, напруга на виході контуру при резонансі в Q раз більша напруги на вході: U
20
=
QU
1
. Добротність Q є величина обернена згасанню контуру: d = 1/Q = R/ρ. Добротність навантаженого контуру Q
ек
= ρ/[R+L/CR
н
] = Q/[1+Qρ/R
н
]. Абсолютною розстройкою є різниця між частотою генератора і резонансною частотою контуру; f = ff
0 або
=

0
. Відносною розстройкою називають відношення ε = 2 f f
0
. Узагальнена розстройка
ζ = X/R = (X
L
X
C
)/R ≈ 2 fQ/f
0
7.

Вплив навантаження на вибіркові властивості коливального контуру.
Послідовний контур. Якщо до вихідних затискачів контуру підключити резистор, то в ньому буде розсіюватись енергія, внаслідок чого добротність кола зменшиться у порівнянні з добротністю не навантаженого контуру. Добротність навантаженого контуру
)]
(
1
)]
(
1
[
1 2
2 2
H
i
H
i
H
i
e
rR
r
R
Q
rR
r
R
r
R
R
r
Q
, r – опір контуру, R
i
– опір генератора, R
H
– опір навантаження.
Паралельний контур. На добротність контуру впливає внутрішній опір генератора R
r
, який увімкнений паралельно контуру. Перерахуємо R
r у послідовне сполучення з конденсатором, одержимо
r
r
R
R
/
2
. Еквівалентна добротність контуру
)
/
1
/(
)
/(
0
r
r
ek
R
R
Q
R
R
Q
, Q
ek
<Q, R – власний опір контуру, ρ – характеристичний опір контуру,
Q
R
R
/
2 0
- опір контуру в резонансі. Якщо контур навантажений на резистор R
н
, то в усі розрахункові вирази замість R
r потрібно підставляти: R
r
R
н
/(R
r
+ R
н
).
Таким чином внутрішній опір генератора та навантаження впливають на смугу пропускання контурів.
8.

Передаточна функція послідовного коливального контуру.
Передаточними характеристиками послідовного контуру називають залежності U
2
= F(f) i θ
k
= F(f). Згідно із законом Ома для ділянки кола
2 2
2 1
2
)
1
(
)
(
/
1
LC
CR
U
C
I
U
U
C
і має таку ж форму як і залежність I = F(f) (рис. 1).
Передаточна ФЧХ описується виразом (рис. 2) θ
k
= – [arctg(ωL – 1/ωC)/R + π/2]
9.

Залежність
вхідного
опору
послідовного
коливального контуру від частоти.
Вхідний опір послідовного коливального контуру
2 2
2
)
/
1
(
C
L
R
Z

10.

Векторні діаграми струмів та напруг у послідовному коливальному
контурі.
Під різницею фаз напруги і струму розуміється різниця початкових фаз напруги та струму. Тому на векторній діаграмі кут θ відраховується в напрямку від вектора Ú до вектора İ. При цьому кут θ дорівнює аргументу комплексного опору. Різниця фаз θ> 0, коли струм відстає, і θ <0, коли струм випереджає, опір RLC - ланцюга носить індуктивний характер. При xL> xC
(xL-xC = x> 0) θ> 0. При xL = xC (x = 0), струм співпадає по фазі з напругою, RLC - ланцюг проявляє себе як активний опір - випадок резонансу в послідовному контурі, опір
- резистивний. При xL ємнісний.
11.

Визначити смугу пропускання паралельного RLC - коливального
контуру.
Амплітудно-частотна характеристика напруги на контурі у відносних одиницях
2 1
/
1
/
kp
k
U
U
, де U
kp
= IR
0
– напруга на контурі при резонансі, яка є найбільшою, (ζ = 0). ζ = 2QΔf/f
0
– узагальнена розстройка контуру. Якщо на висоті 0,707 провести пряму, паралельну осі узагальненого розлагодження ζ (рис.1), то точки перетину з характеристикою дадуть відносне значення смуги прозорості:
2 1
1 2
1
гр
;
0 2
1
f
f
Q
гр
. Звідси S
0
= 2Δf/f
0
= 1/Q = d. Отже, відносна смуга прозорості контуру чисельно дорівнює його згасанню.
12.

LC - фільтр нижніх частот. Узгодження ланок і навантаження.
Т-подібну схему ФНЧ подано на рис.2, а її частотні характеристики – на рис.3 а,б. Із збільшенням частоти зростає опір послідовних віток (X = L) і зменшується опір паралельної вітки (X
c
= 1/ c ), що погіршує умови проходження сигналу через фільтр. граничні частоти дорівнюють
F
1
= 0; f
2
= 1/
LC
. Для смуги непрозорості з схеми (рис.2)
)
2 1
(
2
Arch
, де f/f
2
Модуль коефіцієнта передачі К = e = F( )
ФЧХ = arccos (1-2 2
) . У смузі непрозорості = .
Характеристичний опір ФНЧ Z
от
=
2 1
, =
C
L
. (13)
Як слідує з (13), Z
от за характером і величиною залежить від частоти. Отже, для повного узгодження для кожної частоти потрібно підібрати свій опір навантаження. Одним з кращих наближень до узгодженої роботи є навантаження фільтра на опір R
н
= . У
реальних умовах R
н
, а тому частотні характеристики фільтра відрізняються від тих, які мали б місце при умові повної узгодженості.
13.

LC - фільтр верхніх частот. Узгодження ланок і навантаження.
П-подібна схема
ФВЧ подана на рис.4, а його частотні характеристики на рис.5 а,б.
Із зменшенням частоти збільшується опір послідовної вітки (X
c
= 1/ c) і зменшується опір паралельних віток (X
L
= L); що погіршує умови проходження сигналу через фільтр. граничні частоти
Lc
f
4
/
1 1
;
2
f
Характеристичний опір Z
оп
=
/
2
/
1 1
, де f/f
2
. . У смузі непрозорості рівняння АЧХ
2 2
1
Arch
. У смузі прозорості рівняння ФЧХ arccos
2
/
2 1
Достатнім наближенням до режиму узгодження є рівність R
н
= .
14.

Параметри загороджувальних LC - фільтрів.
Резонансна частота контура
0 2
2 1
1 2
/
1 2
/
1
f
C
L
C
L
При резонансі опір поздовжнього плеча (паралельного контуру) виявляється максимальним, що відповідає найбільшому затуханню. Для електричних коливань з частотами, що відрізняються від резонансної, опір поздовжнього плеча зменшується, а поперечного (послідовного контуру) – збільшується внаслідок чого затухання зменшується.
15.

Вкажить переваги і недоліки частотної та фазової модуляції у
порівнянні з амплітудною модуляцією.
ЧМ та ФМ є окремими проявами кутової модуляції, а тому загалом подібні між собою.
Основною перевагою кутової модуляції перед амплітудною є нечутливість до випадкової зміни амплітуди модульованого сигналу – перешкодозахищеність. Окрім того за відсутності необхідності змінювати амплітуду модульованого сигналу зменшується навантаження на генератор. Але кутова модуляція має досить широкий та складний спектр порівняно з амплітудною. Для амплітудної модуляції
2
, для кутової модуляції
)
1
(
2
f
m
, де
m
f
m
– індекс модуляції, Δω
m
– девіація частоти.
І лише при m f
1 ширина спектру
2 .

16.

Назвіть переваги та недоліки односмугової модуляції у порівнянні з
двосмуговою.
Односмугова модуляція
– модуляція, при якій замість двох бічних та несучої у ефір передається лише одна бічна смуга (Рисунок 1).
У порівнянні з класичною
АМ- модуляцією, енергія передавача розподіляється не на несучу та дві бічні смуги, а лише на одну бічну. Завдяки цьому виграш у потужності передавача складає десятки відсотків.
Оскільки величина несучої частоти SSB-модульованого сигналу завжди значно більше ширини спектру самого сигналу (Рисунок 1), SSB-сигнал завжди є вузькосмуговим.
Загальна властивість вузькосмугових сигналів полягає в тому, що вони перетерплюють значно менші спотворення чим широкосмугові. Це пов’язано з тим, що середовище поширення в межах вузького діапазону частот, який займає сигнал, має приблизно однакові властивості по відношенню до всіх його частотних компонент. Крім того,
імовірність появи випадкових перешкод значно менше для вузькосмугового сигналу.
Тому SSB-сигнал стійкіший до перешкод ніж вдвічі ширший АМ-сигнал. Відсутність несучої робить неможливим перехресну модуляцію. Перехресна модуляція проявляється у прийнятті одночасно двох сигналів, причому амплітуда одного сигналу залежить від амплітуди другого. Ще одна перевага відсутності несучої - суттєве зменшення витрат енергії, оскільки в паузах випромінювання не відбувається.
17.

Дайте визначення спектра сигналу.
Сукупність гармонічних коливань, що утворюють у сумі складний сигнал, називається
спектром цього сигналу, а самі коливання спектральними або гармонічними складовими сигналу.
18.

Як пов’язані між собою тривалість імпульсу з його спектром.
Якщо маємо прямокутний імпульс тривалістю t u
то його спектр матиме вигляд
Тобто тривалість імпульсу визначає нулі спектру.
19.

Дайте загальний опис структури спектра модульованого коливання.
Оскільки зазвичай частотний діапазон інформаційного сигналу не дозволяє передавати його радіохвилями безпосередньо, то ним модулюють високочастотні коливання
(несучу). В залежності від типів модуляції спектр модульованого сигналу може бути різним, але в ньому завжди присутні два основних елементи: несуча складова та
інформаційна, ширина якої як мінімум дорівнює подвійній найвищій гармоніці
інформаційного сигналу (для АМ модуляції).

20.

Яке призначення модемів в комп’ютерній мережі ?
Модем обладнання для передачі даних, яке здійснює узгоджене перетворення цифрового сигналу комп’ютера в модульований аналоговий і навпаки. Застосовуються при телефонних лінях зв’язку.

Радіоелектроніка

1.

Що таке зворотний струм у p-n переході, чим він обумовлений та як він
залежить від температури? Як він впливає на роботу транзисторів?
Електричний струм, що існує при зворотній полярності обумовлюється лише неосновними носіями, які завжди у невеликій кількості присутні у напівпровіднику. Для них поле у переході є прискорюючим і тому будь-який неосновний носій, який при своєму тепловому русі потрапить на межу збідненого шару буде обов’язково втягнутим у цей шар і перетне межу p- і n- переходу. Таке усмоктування неосновних носіїв в збіднений шар називають екстракцією. Оскільки цей струм обумовлений неосновними носіями, то він зростає з ростом темперетури. Зворотний струм, викликаний тепловими носіями негативно впливає на керуючі властивості транзистора (виникає зміщення вихідних характеристик).
2.

Яке фізичне явище лежить в основі роботи стабілітрона? Як воно
використовується для стабілізації напруги?
Для роботи стабілітронів використовують зворотну ділянку вольтамереної характеристики (ВАХ) при напрузі, що відповідає напрузі пробою (рис.2.3).
На цій ділянці, починаючи з деякої напруги, позначеної як
U
CT
, спостерігається стрімке зростання зворотного струму.
Особливість цієї ділянки ВАХ полягає в тому, що на ній диференціальний опір
dI
dU
r
d
, визначений як нахил характеристики до вісі ординат, набагато менший від омічного опору
I
U
R
0
, який можна зобразити як нахил січної ―0b― до тієї ж вісі. У стабілітронах ця відмінність є величиною одного-двох порядків.
Схему стабілізатора напруги зі стабілітроном зображено на рис.2.4. Вона є подільником вхідної напруги U
1
, яку вважатимемо складеної з постійної (режимної) напруги
U
10
і деякого невеликого приросту ΔU1. Відповідно і вихідну напругу і струм можна зобразити як суми подібних же складових:
Для постійної складової струму стабілітрон є омічним опором R
0
, отже відношення U
20
до U
10
можна записати так:
Але для приросту струму стабілітрон є диференціальним опором
і тоді відношення до
ΔU
2
ΔU
1
буде дорівнювати
Тепер запишемо співвідношення відносних приростів напруг на вході і на виході:
Це і є коефіцієнт стабілізації k ст
, який показує, наскільки відносні коливання напруги на виході менші ніж на вході. Оскільки звичайно r d
<0
, то ця величина буває досить значною.

3.

Чому базу біполярного транзистора бажано робити тонкою та
слабколегованою ?
При своєму русі через базу неосновний носій може зустрітися з вільним основним носієм і прорекомбінувати з ним. Для зменшення втрати носіїв на шляху до колектора потрібно, щоб середній час їх дифузії через базу був значно менший середнього часу їх рекомбінації. Досягти цього можна зменшенням товщини бази та зниженням в ній концентрації основних носіїв (зменшити легування).
4.

В чому полягає принципова різниця в роботі біполярного і уніполярного
транзисторів?
Принцип дії польових транзисторів заснований на русі носіїв одного знаку у напівпровіднику з одним типом провідності. Тому інша назва таких транзисторів – уніполярні. Основна принципова відмінність біполярного транзистора, від польового полягає в тому, що перший, з них керується вхідним струмом, а другий - вхідною напругою. Можна, звичайно, заперечити, що і в біполярному транзисторі вхідний струм створюється вхідною напругою. Однак, врешті-решт, струм колектора визначається саме струмом бази або емітера, і, отже, існування вхідного струму у біполярного транзистора
є принципово необхідним. З цього висновується по-перше, що вхідний опір біполярного транзистора не може бути дуже великим, та по-друге, що для керування колекторним струмом потрібна хоч і невелика, а все ж таки, скінчена потужність вхідного сигналу.
На відміну від цього, вхід польового транзистора є не відкритим, а закритим переходом, зворотний струм якого, неістотний для роботи транзистора, може бути зробленим як завгодно малим.
5.

Чому нелінійні спотворення сигналів шкідливіші від лінійних?
Нелінійні спотворення на відміну від лінійних спотворень призводять до виникненні у спектрі підсиленого сигналу нових частотних компонент, яких не було у вхідному сигналі. Нелінійні спотворення небажані саме тим. що вони, викривлюючи форму підсилюваного сигналу, «засмічують» його спектр новими частотними компонентами.
Кількісною мірою такого псування сигналу є так званий коефіцієнт нелінійних спотворень , який має ще назву клірфактора k f
. Рівень нелінійних спотворень залежить від номінальної потужності, на яку розрахована радіоапаратура. При перевищенні цього рівня клірфактор швидко зростає.

6.

Чому коефіцієнт підсилення у схемі підсилювача зі спільним емітером
(СЕ) є від’ємним? А у схемі зі спільною базою (СБ)?
Розглянемо підсилювач у вигляді чотириполюсника h параметрів.
До входу транзистора підключений генератор вхідного сигналу: джерело напруги
E з внутрішнім опором R
Г
, а на виході транзистор навантажений опором R
H
, через який тече струм i
H
. Вхідна напруга ν
1
та вихідний струм транзистора i
2
виражаються через i
1
та ν
2
відомими формулами - рівняннями транзистора у h- параметрах:
. Очевидно, що
2
i
i
H
, а напруга на опорі навантаження дорівнює
H
H
R
i
2
. Коефіцієнт підсилення за струмом є відношення струму, який тече через навантажувальний опір, до вхідного струму:
H
H
i
R
h
h
i
i
i
i
k
22 21 1
2 1
1
Якщо виконати включення зі спільною базою, то струм і
2
повернеться в іншу сторону
(змінить знак), таким чином знак коефіціента підсилення теж зміниться і стане додатнім.
7.

Як впливає активний опір, увімкнений у коло емітера на підсилення та
вхідний опір підсилювального каскаду?
Опір в колі емітера забезпечує негативний зворотній звязок. Коефіцієнт підсилення каскаду, охопленого таким зворотним зв’язком, визначимо як
K
E
bx
bux
R
R
k
k
v
v
k
1
'
, де k – власний коефіціент підсилення транзистора. Вхідний опір каскаду можна визначити як
E
E
E
Б
R
bx
Б
bx
bx
R
h
h
i
v
v
i
v
R
E
)
1
(
'
21 11

8.

Як у багатокаскадному підсилювачі впливає вхідний опір наступного
каскаду на підсилення попереднього?
Основна проблема, яка виникає при послідовному сполученні каскадів це є узгодження
їх вхідних і вихідних опорів. При застосуванні польових транзисторів така проблема не виникає, оскільки їх вхідний опір дуже великий і отже вхід наступного каскаду не навантажує вихід попереднього.
Інша справа у підсилювачах на біполярних транзисторах, у яких вхідний опір звичайно набагато менший від вихідного. Тут під величиною k j
слід вважати не коефіцієнт підсилення одного окремо взятого каскаду, а його ж таки коефіцієнт підсилення, коли цей каскад навантажений вхідним опором наступного каскаду. Для цього замість R
Hj слід брати
1
||
BXj
Hj
R
R
)
Зменшення ефективного опору навантаження призводить до істотного зниження підсилення каскаду. Якщо ж виконується умова
Hj
BXj
R
R
1
, то навантаженням каскаду можна просто вважати вхідний опір наступного каскаду .
9.

Що може бути причиною самозбудження багатокаскадного резонансного
підсилювача?
Щоб охоплений зворотним зв’язком підсилювач самозбудився, необхідно і достатньо виконання двох умов: а) фазової умови
n
k
2
. Ця умова означає, що сигнал, який пройшов через підсилювач, коло зворотного зв’язку і повернувся назад на його вхід, повинен мати ту ж саму фазу, що і перевинний вхідний сигнал. б) амплітудної умови
0 1 k
тобто kβ>1. Зміст цієї умови полягає в тому, що сигнал, який повернувся на вхід підсилювача. повинний бути хоч трохи більший за первинний.
10.

В чому полягає амплітудна та фазова умова самозбудження
автогенератора?
Автогенератор повинен мати елемент з відємним диференціальним опором
(провідністю). Зазвичай таку провідність створюють штучно за допомогою транзистора та трансформаторного звязку. Негативна провідність в даному разі означає, що струм на колекторі протифазний до напруги переходу к-б. Таким чином диференціальна провідність
e
e
k m
bm
e
e
k m
k m
d
h
h
h
h
i
G
11 21 11 21
, де β – коефіціент трансформації трансформатора. В залежності від полярності увімкнення він може бути позитивним або негативним. Негативне значення β означає, що напруга на базі протифазна до напруги на контурі. Саме цей варіант треба обрати щоб задовольнити нерівності
0
d
G
. Таким чином, ця нерівність має зміст фазової умови самозбудження. З іншого боку відємний диференціальний опір повинен компенсувати згасання, тобто необхідно виконання нерівності
EKB
d
R
G
1
, де R
EKB
– еквівалентний опір контуру. Отримаємо амплітудну умову самозбудження
1 11 21
EKB
e
e
R
h
h
k



Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал