Процесс возбуждения колебаний в автогенераторе

1. Раскрыть понятия: информация, сообщение, электрический сигнал.

Под информацией (лат. – разъяснение, изложение, осведомление) понимают совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи и хранения информации используют различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) её в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова или фразы в человеческой речи, жесты, рисунки, формы колебаний, математические знаки. Информация классифицируется по:

1. назначению: личная, массовая, специальная;

2. по способу восприятия: слуховая, зрительная, машинная;

3. по месту возникновения: местная, удаленная;

4. по времени возникновения: текущая, историческая.

Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением.Например, при разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающее не только содержание, но и интонации, тембр и иные свойства речи. Сообщения могут быть функциями времени (музыка, речь) и не являться таковыми (текст, чертеж, фото). Сообщение характеризуется информационным параметром – параметром, в котором заложены основные сведения о передаваемом сообщении. При его изменении изменяется и смысл информации, содержащейся в сообщении. Если информационный параметр может принимать любые значения в некотором интервале времени, то сообщение называют непрерывным (аналоговым), если конечное число возможных значений в некотором интервале времени – дискретным (текст, чертеж, схемы). Каждое значение информационного параметра дискретного значения называют символом или знаком.

       Передача сообщения на расстояние осуществляется с помощью какого-либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока).

       Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом. В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с переносимым сообщением. В связи чаще всего используют электрические сигналы (переменный ток, электромагнитные или световые волны). Физической величиной, определяющей такой сигнал, является напряжение или ток. Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений. Этот процесс принято называтьмодуляцией. Сигнал является случайной функцией.

2. Структурная схема системы электросвязи. Назначение блоков. Пояснить термины канал электросвязи, линия передачи, одноканальная система передачи.

Источником сообщений и получателем может быть человек, либо различного вида устройства (компьютер, датчики, автоматические устройства). Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим устройством. Устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение – приёмное устройство. С помощью преобразователя в передающем устройстве сообщение а преобразуется в первичный электрический сигнал u(t), который является НЧ. В передатчике первичный сигнал u (t)превращается во вторичный (ВЧ) сигнал s(t), пригодный для передачи по используемому каналу. Это осуществляется посредством модуляции. Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым, иначе информация будет потеряна.

       Линией связи называется среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приёмнику. В системах электросвязи это кабель или волновод, в РС – область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны. При передаче сигнал может искажаться и на него могут накладываться помехи n(t).

Приёмное устройство обрабатывает принятое колебание z(t)=s(t)+n(t) (сумма искаженного сигнала и помехи) и восстанавливает по нему сообщение ˆа, которое с некоторой погрешностью отражает переданное сообщение а. Приемное устройство является одним из наиболее ответственных и сложных элементов системы связи. В нем происходит отфильтровка полезного сигнала от помехи, усиление принятого сигнала, преобразование ВЧ сигнала в НЧ первичный (демодуляция). В преобразователе на приёме (динамический громкоговоритель, кинескоп, телефон) первичный сигнал преобразуется в исходное сообщение, которое поступает получателю сообщения. Данная система передачи является одноканальной, т.к. обеспечивает передачу только одного сообщения одновременно.

       Совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. Этими средствами являются передающее устройство, ЛС и приемное устройство.

Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до точки В. Если сигналы, поступающие на вход канала и снимаемые сего выхода являются дискретными, то канал дискретный, если входные и выходные сигналы непрерывные, то канал называется непрерывным. Встречаются также дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы. Непрерывный канал связи можно характеризовать тремя параметрами: временем Тк, в течение которого по каналу ведется передача, Динамическим диапазоном Dк и полосой пропускания канала Fк.

3. Дать определение сигнала. Привести классификацию сигналов с примерами.

       Физический процесс, один или несколько параметров, которого изменяются случайно в соответствии с передаваемым сообщением, называется сигналом. В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с переносимым сообщением. В связи чаще всего используют электрические сигналы (переменный ток, электромагнитные или световые волны). Физической величиной, определяющей такой сигнал, является напряжение или ток. Сигналы классифицируются:

1. по форме: простой, сложный;

2. по информативности: детерминированный, случайный;

3. по характеристикам: аналоговый, дискретный, цифровой;

4. по частоте: НЧ – первичный, ВЧ – вторичный.

Простые сигналы описываются простыми математическими моделями, например u(t)=U_m*sin(wt+φ). Большинство реальных сигналов электросвязи – это сложные сигналы, которые трудно или невозможно выразить математически. Электрические сигналя, как и сообщения могут быть непрерывными и дискретными. Сигнал, существующий непрерывно во времени и принимающий любые значения из некоторого интервала, называется непрерывным (аналоговым). Дискретный сигнал принимает конечное число значений (состояний). Дискретные сигналы могут образовываться в результате дискретизации аналогового сигнала. Различают дискретизацию по времени и по уровню.

Цифровые сигналы – разновидность дискретных сигналов, когда квантовые отсчетные значения представлены в виде цифр. С точки зрения информативности различают детерминированные и случайные сигналы.

Детерминированные сигналы описываются детерминированными математическими моделями и параметры этих сигналов заранее известны, следовательно, детерминированные сигналы никакой информации не переносят, используются для настройки, управления, контроля. Не может быть переносчиком информации.

Случайным называется сигнал, математическим описанием которого является случайная функция времени и параметры такого сигнала заранее неизвестны. Случайные сигналы являются переносчиками сообщения.

4. Способы представления сигналов (графические и аналитический). Привести примеры.

При аналитическом методе исследования сигналов широко применяется математические модели (математические выражения, формулы).

Математическое выражение, по которому для любого момента t можно вычислить значение u(t) называется математической детерминированной моделью этого сигнала.

Например, u(t)=Um*sin(wt+φ)может служить математической моделью этого напряжения, если заданы численные значения всех параметров, полностью определяющих эту функцию, ими являются Um - амплитуда, w - угловая частота, φ - начальная фаза. Подставив численные значения этих параметров, можно вычислить значение u(t) для любого момента времени.

       Реальные сигналы являются сложными, что затрудняет их описание с помощью простых математических моделей. В этом случае сигнал можно представить в виде ряда элементарных функций         _∞

y(t)=∑ а_к* φ_к(t); а_к- центр.разложения

                                                                            ^к=0

Геометрическое представление: три параметра позволяют представить любой сигнал в 3-х мерном пространстве с этими же координатами, в виде параллелепипеда объемом

Vс=ΔFс*Tс*Dс

Временная диаграмма: сигналы электросвязи можно рассматривать как меняющуюся во времени электрическую величину (ток, напряжение, электромагнитные колебания, напряженность поля). Эти величины можно наблюдать и регистрировать с помощью различных приборов (осциллограф). После наблюдения сигнал может быть задан в виде графика или таблицы, в виде функции времени. Это представление называется временной диаграммой.

Векторная диаграмма, изображающая совокупность векторов, построенная с соблюдением их взаимной ориентации по фазе, называется векторной диаграммой, т.е. сигнал заменяется вектором, длина которого пропорциональна амплитуде Uс, а угол наклона соответствует фазе сигнала φ_с относительно векторной оси.

Спектральная диаграмма.

Совокупность коэффициентов а_к называется дискретным спектром сигнала. Спектральный подход заключается в том, что любое колебание сложной формы заменяется суммой гармонических колебаний с соответствующими амплитудами, частотами и фазами. Функция времени заменяется как бы функцией частоты, причём амплитуды гармоник могут принимать только положительные значения, фазы – как положительные, так и отрицательные значения в интервале –π ≤φ_к ≤π

5. Представление непрерывных сигналов рядом Котельникова. Практическое применение и определение теоремы Котельникова.

При дискретизации основной задачей является определение временного интервала, через который должны следовать отсчеты сигнала, чтобы при восстановлении этого сигнала не возникало искажений. Поскольку дискретизация используется при организации многоканальной системы передачи с временным разделением каналов (МСП с ВРК), где в интервале между соседними отсчетами одного сигнала передаются отсчеты других сигналов, то существует прямо пропорциональная зависимость между интервалом следования отсчетов и количеством организуемых каналов. Чем меньше временной интервал между отсчетами, тем меньше каналов может быть организовано в одной линии связи, и наоборот. Следовательно, чем больше интервал, тем больше каналов можно организовать в одной линии связи, однако при большом временном интервале сигнал будет искажен при восстановлении. Таким образом, необходимо определить такие условия, при которых сигнал будет восстанавливаться без искажений и количество каналов будет максимальным. Данная задача решается теоремой, сформулированной В. А. Котельниковым которая заключается в том, что любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру частотой Fmax (Fв), может быть представлен своими мгновенными значениями, следующими через интервал времени Dt

Dt£1/(2Fmax)

Интервал Dt называется интервалом или шагом дискретизации, а величина 2Fmax называется частотой дискретизации (f_д). Данная теорема основана на том, что реальные непрерывные сигналы являются сравнительно плавными функциями и скачков значений в них практически не наблюдается.

Восстановление сигнала осуществляется с помощью ряда Котельникова:

      ¥

u(t) = å U(kDt) (sin w_д(t – kDt)/ w_д(t – kDt)),

       _k=-¥

где: U(kDt) ¾ коэффициенты разложения;

   k ¾ номера отсчетов k=1, 2, 3 …

w_д = 2p 2fmax

Коэффициенты разложения U(kDt) соответствуют отсчетам непрерывного сигнала u(t) в моменты kDt.

В ряде Котельникова выражение

sin w_д(t – kDt)/ w_д(t – kDt)= y_k                                             

является функцией отсчетов. Они имеют одинаковую форму вида sin x/x и отличаются друг от друга временным интервалом Dt. Графики функций отсчетов показаны на рисунке 1. Высота функций отсчетов зависит от коэффициентов разложения. Сложение значений функций y_kв любой момент времени дает значение непрерывного сигнала.

6. Дать определение модуляции и перечислить виды модуляции сигналов.

Модуляция ¾ это процесс преобразования одного или нескольких информационных параметров несущего колебания в соответствии с мгновенными значениями информационного сигнала.

В результате модуляции сигналы переносятся в область более высоких частот.

Использование модуляции позволяет:

§ согласовать параметры сигнала с параметрами линии;

§ повысить помехоустойчивость сигналов;

§ увеличить дальность передачи сигналов;

организовать многоканальные системы передачи.

При модуляции на входах и выходе модулятора действуют:

u(t) ¾ модулирующий сигнал, он является информационным и низкочастотным (его частоту обозначают W или F);

S(t) ¾ модулируемое колебание (несущее), данное колебание является неинформационным и высокочастотным (его частота обозначается w₀ или f₀);

S_М(t) ¾ модулированный сигнал, он является информационным и высокочастотным.

В качестве несущего колебания может использоваться:

§ гармоническое колебание, при этом модуляция называется аналоговой или непрерывной;

§ периодическая последовательность импульсов, при этом модуляция называется импульсной;

§ постоянный ток, при этом модуляция называется шумоподобной.

Так как в процессе модуляции изменяются информационные параметры несущего колебания, то название вида модуляции зависит от изменяемого параметра этого колебания.

1. Виды аналоговой модуляции:

§ амплитудная модуляция (АМ), происходит изменение амплитуды несущего колебания;

§ частотная модуляция (ЧМ), происходит изменение частоты несущего колебания;

§ фазовая модуляция (ФМ), происходит изменение фазы несущего колебания. Частным случаем является манипуляция. АМн, ЧМн, ФМн и ОФМ.

2. Виды импульсной модуляции:

§ амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), происходит изменение амплитуды импульсов несущего колебания;

§ частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), происходит изменение частоты следования импульсов несущего колебания;

§ Фазоимпульсная модуляция (ФИМ), происходит изменение фазы импульсов несущего колебания;

§ Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), происходит изменение длительности импульсов несущего колебания.

Цифровая модуляция – ИКМ.

7. Амплитудная модуляция с большим уровнем несущей, дать определение АМ, привести математическую модель, временную и спектральную диаграммы, расчет ширины спектра.

Амплитудная модуляция ¾ процесс изменения амплитуды несущего колебания в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

Рассмотрим математическую модель амплитудно-модулированного (АМ) колебания при гармоническом модулирующем колебании. При воздействии модулирующего колебания

u(t)=U_mu sinW t                                                                         

на несущее колебание

S(t)=U_m sin(w₀t+j)                                                                    

происходит изменение амплитуды несущего колебания по закону

U_АМ(t)=U_m+а_АМ U_mu sinW t                                                       

где а_АМ ¾ коэффициент пропорциональности амплитудной модуляции.

Математическая модель имеет вид:

S_АМ(t)=U_m(1+m_АМ sinW t) sin(w₀t+j).                 

Ширина спектра для данного сигнала будет определяться

Dw_АМ=(w₀+W)- (w₀-W)=2W

Все графики в сборнике диаграмм!!!

Основными достоинствами амплитудной модуляции являются:

§ узкая ширина спектра АМ сигнала;

§ простота получения модулированных сигналов.

Недостатками этой модуляции являются:

§ низкая помехоустойчивость (т. к. при воздействии помехи на сигнал искажается его форма ¾ огибающая, которая и содержит передаваемое сообщение);

§ неэффективное использование мощности передатчика (т. к. наибольшая часть энергии модулированного сигнала содержится в составляющей несущего сигнала до 64%, а на информационные боковые полосы приходится по 18%).

Амплитудная модуляция нашла широкое применение:

§ в системах телевизионного вещания (для передачи телевизионных сигналов);

§ в системах звукового радиовещания и радиосвязи на длинных и средних волнах;

§ в системе трехпрограммного проводного вещания.

8. Дать определение частотной модуляции, привести математическую модель, временную диаграмму. Пояснить понятия: девиация частоты, индекс частотной модуляции.

Частотная модуляция ¾ процесс изменения частоты несущего колебания в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

Рассмотрим математическую модель частотно-модулированного (ЧМ) колебания при гармоническом модулирующем колебании. При воздействии модулирующего колебания

u(t) = U_mu sinW t

на несущее колебание

S(t) = U_m sin(w₀t+j)

происходит изменение частоты несущего колебания по закону

w_ЧМ(t) = w₀+а_ЧМ U_mu sinW t                                                     

где а_ЧМ ¾ коэффициент пропорциональности частотной модуляции.

Поскольку значение sin Wt может изменяться в диапазоне от -1 до 1, то наибольшее отклонение частоты ЧМ сигнала от частоты несущего сигнала составляет

Dw_m = а_ЧМ U_mu                                                                               

Величина Dw_m называется девиацией частоты. Таким образом, девиация частотыэто наибольшее отклонение частоты модулированного сигнала от частоты несущего колебания.

Отношение

М_ЧМ = Dw_m/W                                                                                

называется индексом частотной модуляции.

Математическая модель ЧМ колебания при гармоническом модулирующем колебании будет иметь вид

S_ЧМ(t)=U_m sin(w₀t¾М_ЧМ cosW t+j)

Модуляция при М_ЧМ<0,6 называется узкополосной. При увеличении М_ЧМ ширина спектра увеличивается, и модуляция в этом случае является широкополосной. Для ЧМ сигнала ширина спектра определяется

DwЧМ=2(1+МЧМ)W

Достоинством частотной модуляции являются:

§ высокая помехоустойчивость;

§ более эффективное использование мощности передатчика;

§ сравнительная простота получения модулированных сигналов.

Основным недостатком данной модуляции является большая ширина спектра модулированного сигнала.

Частотная модуляция используется:

§ в системах телевизионного вещания (для передачи сигналов звукового сопровождения);

§ в системах спутникового теле- и радиовещания;

§ в системах высококачественного стереофонического вещания (FM диапазон);

§ в радиорелейных линиях (РРЛ);

§ в сотовой телефонной связи.

9. Фазомодулированные сигналы, дать определение фазовой модуляции. Математическая модель, понятие девиации фазы, индекса фазовой модуляции, временная диаграмма.

Фазовая модуляция ¾ процесс изменения фазы несущего колебания в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

Рассмотрим математическую модель фазо-модулированного (ФМ) колебания при гармоническом модулирующем колебании. При воздействии модулирующего колебания

u(t) = U_mu sinW t

на несущее колебание

S(t) = U_m sin(w₀t+j)

происходит изменение мгновенной фазы несущего колебания по закону

Y_ФМ(t) = w₀t+j+а_ФМ U_mu sinW t                                              

где а_ФМ ¾ коэффициент пропорциональности фазовой модуляции

S_ФМ(t) = U_m sin(w₀t+а_ФМ U_mu sinW t+j) – математическая модель 

Произведение а_ФМUm_u=Dj_m называется индексом фазовой модуляции или девиацией фазы.

Произведение а_ФМU_muW=Dw_m является девиацией частоты ФМ колебания. Сравнивая девиацию частоты при ЧМ и ФМ можно сделать вывод, что и при ЧМ и при ФМ девиация частоты зависит от коэффициента пропорциональности и амплитуды модулирующего колебания, но при ФМ девиация частоты также зависит и от частоты модулирующего колебания. Ширина спектра ФМ колебания определяется выражением:

DwФМ=2(1+Djm)W

 Достоинствами фазовой модуляции являются:

§ высокая помехоустойчивость;

§ более эффективное использование мощности передатчика.

Недостатками фазовой модуляции являются:

§ большая ширина спектра;

сравнительная трудность получения модулированных сигналов и их детектирование.

10. Дать определение дискретно-модулированных (манипулированных) сигналов. Привести временные диаграммы АМн сигнала, пояснить особенности.

Дискретная двоичная модуляция (манипуляция) ¾ частный случай аналоговой модуляции, при которой в качестве несущей используется гармоническое колебание, а в качестве модулирующего сигнала используется дискретный, двоичный сигнал.

Различают четыре вида манипуляции:

§ амплитудную манипуляцию (АМн или АМТ);

§ частотную манипуляцию (ЧМн или ЧМТ);

§ фазовую манипуляцию (ФМн или ФМТ);

§ относительно-фазовую манипуляцию (ОФМ).

При амплитудной манипуляции огибающая S_АМн(t) повторяет форму модулирующего колебания. Ширина спектра АМн колебания определяется выражением

Dw_АМн = 2W_max = 4p/t_и= 4pВ_к                                                  

где t_и ¾ длительность импульса модулирующего сигнала;

В_к ¾ скорость модуляции.

11. Дать определение дискретно-модулированных (манипулированных) сигналов. Привести временные диаграммы ЧМн сигнала, пояснить особенности.

Дискретная двоичная модуляция (манипуляция) ¾ частный случай аналоговой модуляции, при которой в качестве несущей используется гармоническое колебание, а в качестве модулирующего сигнала используется дискретный, двоичный сигнал.

При частотной манипуляции используются две частоты w₁ и w₂. При наличии импульса в модулирующем сигнале (посылке) используется более высокая частота w₂, при отсутствии импульса (активной паузе) используется более низкая частота w₁ соответствующая немодулированной несущей (рисунки 11 и 12, г). Спектр частотно-манипулированного колебания S_ЧМн(t) имеет две полосы возле частот w₁ и w₂. Разнос частот между w₁ и w₂ зависит от девиации частоты. Ширина спектра ЧМн сигнала определяется выражением Dw_ЧМн = 2Wmax+Dw_m = 4p/t_и+Dw_m = 4pВк+Dw_m

Сравнивая спектры всех модулированных колебаний можно отметить, что наибольшую ширину имеет спектр ЧМн колебания, наименьшую ¾ АМн, ФМн, ОФМ, но в спектрах ФМн и ОФМ колебаний отсутствует составляющая несущего колебания.

В виду большей помехоустойчивости наибольшее распространение получили частотная, фазовая и относительно-фазовая манипуляции.

12. Дать определение дискретно-модулированных (манипулированных) сигналов. Привести временные диаграммы ФМн сигнала и ОФМ сигнала, пояснить особенности.

Дискретная двоичная модуляция (манипуляция) ¾ частный случай аналоговой модуляции, при которой в качестве несущей используется гармоническое колебание, а в качестве модулирующего сигнала используется дискретный, двоичный сигнал.

При фазовой манипуляции фаза несущего колебания изменяется на 180° в момент изменения амплитуды модулирующего колебания. Если следует серия из нескольких импульсов, то фаза несущего колебания на этом интервале не изменяется.

При относительно-фазовой манипуляции фаза несущего колебания изменяется на 180° лишь в момент подачи импульса, т. е. при переходе от активной паузы к посылке (0®1) или от посылки к посылке (1®1). При уменьшении амплитуды модулирующего колебания фаза несущего колебания не изменяется. Спектры колебаний при ФМн и ОФМ имеют одинаковый вид .

Сравнивая спектры всех модулированных колебаний можно отметить, что наибольшую ширину имеет спектр ЧМн колебания, наименьшую ¾ АМн, ФМн, ОФМ, но в спектрах ФМн и ОФМ колебаний отсутствует составляющая несущего колебания.

В виду большей помехоустойчивости наибольшее распространение получили частотная, фазовая и относительно-фазовая манипуляции.

13. Импульсно-модулированные сигналы, дать определение, привести временные диаграммы АИМ сигналов, особенности.

Импульсная модуляция ¾ это модуляция, при которой в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность импульсов, а в качестве модулирующего может использоваться аналоговый или дискретный сигнал.

Поскольку периодическая последовательность характеризуется четырьмя информационными параметрами (амплитудой, частотой, фазой и длительностью импульса), то различают четыре основных вида импульсной модуляции:

§ амплитудно-импульсная модуляция (АИМ);

§ частотно-импульсная модуляция (ЧИМ);

§ фазоимпульсная модуляция (ФИМ);

§ широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

При АИМ происходит изменение амплитуды несущего колебания S(t) в соответствии с мгновенными значениями модулирующего колебания u(t), т. е. огибающая импульсов повторяет форму модулирующего колебания. Поскольку при импульсной модуляции переносчиком сообщения является периодическая последовательность импульсов, то спектр импульсно-модулированных колебаний является дискретным и содержит множество спектральных составляющих. Это спектр представляет собой спектр периодической последовательности импульсов, в котором возле каждой гармонической составляющей несущего колебания находятся составляющие модулирующего колебания.

Передача импульсно-модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи невозможна, т. к. спектр этих сигналов содержит низкочастотные составляющие. Поэтому для передачи осуществляют повторную модуляцию. Это модуляция, при которой в качестве модулирующего сигнала используют импульсно-модулированный сигнал, а в качестве несущего гармоническое колебание. При повторной модуляции спектр импульсно-модулированного сигнала переносится в область несущей частоты.

14. Импульсно-модулированные сигналы, дать определение, привести временные диаграммы ЧИМ сигналов, особенности.

Импульсная модуляция ¾ это модуляция, при которой в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность импульсов, а в качестве модулирующего может использоваться аналоговый или дискретный сигнал.

При ЧИМ происходит изменение периода, а соответственно и частоты, несущего колебания S(t) в соответствии с мгновенными значениями u(t) Поскольку при импульсной модуляции переносчиком сообщения является периодическая последовательность импульсов, то спектр импульсно-модулированных колебаний является дискретным и содержит множество спектральных составляющих. Это спектр представляет собой спектр периодической последовательности импульсов, в котором возле каждой гармонической составляющей несущего колебания находятся составляющие модулирующего колебания.

Передача импульсно-модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи невозможна, т. к. спектр этих сигналов содержит низкочастотные составляющие. Поэтому для передачи осуществляют повторную модуляцию. Это модуляция, при которой в качестве модулирующего сигнала используют импульсно-модулированный сигнал, а в качестве несущего гармоническое колебание. При повторной модуляции спектр импульсно-модулированного сигнала переносится в область несущей частоты.

15. Импульсно-модулированные сигналы, дать определение, привести временные диаграммы широтно-импульсных модулированных сигналов, особенности.

Импульсная модуляция ¾ это модуляция, при которой в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность импульсов, а в качестве модулирующего может использоваться аналоговый или дискретный сигнал.

При ШИМ происходит изменение длительности импульсов несущего колебания S(t) в соответствии с мгновенными значениями u(t) Поскольку при импульсной модуляции переносчиком сообщения является периодическая последовательность импульсов, то спектр импульсно-модулированных колебаний является дискретным и содержит множество спектральных составляющих. Это спектр представляет собой спектр периодической последовательности импульсов, в котором возле каждой гармонической составляющей несущего колебания находятся составляющие модулирующего колебания. При ШИМ длительность импульса изменяется и зависит от модулирующего сигнала, поэтому и ширина спектра также зависти от значений модулирующего сигнала.

Передача импульсно-модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи невозможна, т. к. спектр этих сигналов содержит низкочастотные составляющие. Поэтому для передачи осуществляют повторную модуляцию. Это модуляция, при которой в качестве модулирующего сигнала используют импульсно-модулированный сигнал, а в качестве несущего гармоническое колебание. При повторной модуляции спектр импульсно-модулированного сигнала переносится в область несущей частоты.

16. Импульсно-модулированные сигналы, дать определение, привести временные диаграммы ФИМ сигналов, особенности.

Импульсная модуляция ¾ это модуляция, при которой в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность импульсов, а в качестве модулирующего может использоваться аналоговый или дискретный сигнал.

При ФИМ происходит смещение импульсов несущего колебания относительно их тактового (временного) положения в немодулированной несущей (тактовые моменты обозначены на диаграммах точками Т, 2Т, 3Т и т. д.). Поскольку при импульсной модуляции переносчиком сообщения является периодическая последовательность импульсов, то спектр импульсно-модулированных колебаний является дискретным и содержит множество спектральных составляющих. Это спектр представляет собой спектр периодической последовательности импульсов, в котором возле каждой гармонической составляющей несущего колебания находятся составляющие модулирующего колебания. Передача импульсно-модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи невозможна, т. к. спектр этих сигналов содержит низкочастотные составляющие. Поэтому для передачи осуществляют повторную модуляцию. Это модуляция, при которой в качестве модулирующего сигнала используют импульсно-модулированный сигнал, а в качестве несущего гармоническое колебание. При повторной модуляции спектр импульсно-модулированного сигнала переносится в область несущей частоты.

17. Импульсно-кодовая модуляция. Схема аналого-цифрового преобразователя. Принцип работы с временными диаграммами.

Преобразование непрерывного первичного аналогового сигнала в код называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

Основание кода может быть любым. В системах электросвязи наибольшее распространение получили двоичные коды, реализуемые с меньшими аппаратурными затратами.

Устройство, преобразующее непрерывный аналоговый первичный сигнал в двоичный код, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Основными операциями при ИКМ являются операции дискретизации, квантования и кодирования. При дискретизации получают выборочные значения из непрерывного аналогового сигнала. Алгоритм определения выборочных значений сводится к умножению входного сигнала на весьма короткие импульсы, возникающие в моменты времени kΔt. Интервал Δt называется интервалом дискретизации. Его величина выбирается в соответствии с теоремой Котельникова. Дискретизация не приводит к искажениям, если Δt≤1/2Fв, где F – верхняя граничная частота спектра сигнала Sаим(t). Алгоритм дискретизации аналогичен АИМ.

Далее АИМ сигнал подвергается квантованию, происходит замена произвольных по величине амплитуд импульсов некоторыми дискретными значениями Sкв(Dt). Для этого шкала возможных значений сигналов разбивается на интервалы, называемые шагом квантования Du_кв. Разница между двумя ближайшими уровнями называют шагом квантования.

Du_кв=2Umax/(Lкв-1)

Процесс замены выборочного значения ближайшим к нему уровнем называется квантованием. При квантовании возникает погрешность e_КВk=Sаим(kDt)¾ Sкв(kDt),ее величина тем меньше, чем больше уровней квантования L.Эта погрешность называется шумом квантования.

Каждое выборочное значение преобразуется в одно из Lкв возможных значений, которое далее преобразуется в двоичное кодовое слово. Его длина n = log₂Lкв. Двухуровневые сигналы (0 и 1) менее подвержены влиянию помех, чем многоуровневые

Длина двоичной кодовой комбинации, определяемая длиной кодового слова, не должна превышать интервал дискретизации, т.е. nτ_и< Δt.

Процесс кодирования при формировании цифровых сигналов заключается в замене значения амплитуды каждого дискретного квантованного отсчета кодовой комбинацией двоичного кода. Причем кодируется не абсолютное значение амплитуды, а номер уровня квантования, которому соответствует данная амплитуда. Важной характеристикой кодера при этом является разрядность кодовой комбинации (n), под которой понимают количество элементов используемых в одной кодовой комбинации. Разрядность кодовой комбинации зависит от количества уровней квантования и определяется для равномерного двоичного кода как

n = log₂Lкв.                                                                              

При заданной разрядности Lкв определяется из выражением

Lкв = 2

18. Классификация каналов, основные характеристики каналов. Согласование объема сигнала с ёмкостью канала.

Канал электросвязи¾ совокупность технических средств и среды распространения предназначенных для передачи сигнала в определенном диапазоне частот или определенном интервале времени.

Канал связи включает в себя передатчик, линию связи и приемник. 

1. По назначению каналы бывают:

§ тональной частоты (ТЧ) или телефонный канал; звукового вещания; телевизионного вещания; телеграфный; передачи данных; факсимильный; передачи газет.

2. В зависимости от среды распространения сигнала различают каналы:

§ проводные; радио; волноводные; оптические.

3. В зависимости от характеристик сигналов действующих на входе и выходе канала:

§ непрерывные (на входе и выходе канала действуют аналоговые сигналы);

§ дискретные (на входе и выходе канала действуют дискретные сигналы);

§ дискретно-непрерывные (на входе канала действуют непрерывные сигналы, а на выходе дискретные).

4. По способу разделения каналы бывают:

§ с частотным разделением (ЧРК);

§ временным разделением (ВРК).

5. По способу передачи электромагнитных волн каналы бывают:

§ открытые (сигналы распространяется в свободном пространстве); закрытые (сигналы распространяются по искусственным направляющим системам).

6. По диапазону используемых частот.

 Типовой канал¾ это канал, параметры которого нормированы (стандартизированы).

Скорость передачи информации по каналу¾ это среднее количество информации, получаемое на выходе канала в единицу времени.

В идеальном канале, т. е. канале без помех количество принимаемой информации соответствует переданной, а соответственно скорость передачи информации равна производительности источника.

В реальном канале, ввиду воздействия помех, происходит потеря части или всей информации.

Пропускная способность канала ¾ это наибольшее значение скорости передачи информации по каналу электросвязи при заданных ограничениях.

C=maxR.                                                                                   

Под заданными ограничениями подразумевают тип канала (дискретный или непрерывный) и характеристики сигналов и помех.

Между производительностью источника и пропускной способностью канала существует взаимосвязь, которая определяется условием согласования источника сообщения с каналом связи:

Для передачи сообщения без искажений необходимо, чтобы производительность источника не превышала пропускную способность канала.

Емкость канала (Vк) ¾ обобщающая характеристика, характеризующая возможность канала пропускать сигналы некоторого объема.

Vк=Tк×Dк×DFк                                                                         

Для без искаженной передачи информации по каналу необходимо чтобы его емкость была согласованна с объемом сигнала, т. е. объем сигнала не должен превышать емкость канала:

Vc£Vк

Данное условие является условием согласования сигнала с каналом.

19. Искажение сигналов в каналах и причины их возникновения. Виды искажений.

При прохождении сигнала через систему связи и при воздействии на него помехи его форма изменяется. Изменение формы сигнала называется искажением.

Различают нелинейные и линейные искажения.

Нелинейнымиявляются искажения, при которых в спектре сигнала появляются новые составляющие. Такие искажения вызваны нелинейностью характеристик элементов и блоков, входящих в аппаратуру системы связи.

Линейными являются искажения, при которых в спектре сигнала не появляются новые составляющие. Такие искажения возникают из–за изменения соотношения между составляющими спектра сигнала. Линейные искажения бывают амплитудно-частотными (АЧИ), при которых изменяются амплитуды составляющих спектра сигнала и фазо-частотные (ФЧИ), при которых изменяются фазы составляющих спектра.

АЧИ объясняются не равномерностью коэффициента передачи для различных составляющих спектра сигнала. При идеальной АЧХ, коэффициент передачи одинаков для всех составляющих спектра сигнала, и АЧИ отсутствуют. Реальная АЧХ четырехполюсника с увеличением частоты имеет спад , что приводит к уменьшению амплитуды высокочастотных составляющих спектра сигнала и соответственно к АЧИ.

ФЧИ вызваны неодинаковым временем задержки tз=j/w для составляющих различных частот.. При идеальной ФЧХ время задержки для всех составляющих одинаковое и ФЧИ отсутствуют. Реальная ФЧХ имеет подъем на высоких частотах, поэтому время задержки для высокочастотных составляющих меньше чем для низкочастотных и появляются ФЧИ.

Компенсация АЧИ и ФЧИ осуществляется специальными устройствами ¾ корректорами.

20. Классификация помех. Привести примеры.

Помеха¾ всякое постороннее воздействие на полезный сигнал, оказывающее мешающее действие при его приеме и проявляющее себя изменением его формы.

Классификация помех приведена на рисунке 1.

Аддитивной является сумма полезного сигнала Sл(t) и помехи N(t):

Z(t)=Sл(t)+N(t)                                                                          

Мультипликативной является произведение полезного сигнала и помехи:

Z(t)=Sл(t)×N(t)

Внешними являются помехи, возникающие вне канала, к ним относятся:

§ атмосферные возникают в атмосфере земли и могут быть вызваны грозовыми разрядами, осадками, пылевыми бурями, северным сиянием;

§ космические возникают в космическом пространстве и могут быть вызваны солнечной активностью, космическими телами;

§ промышленные могут быть вызваны промышленными установками: высокочастотными генераторами, высоковольтными линиями электропередачи, электрифицированным транспортом;

§ от других систем связи обуславливаются воздействием на полезный сигнал одной системы связи сигналов других систем, например, прослушивание радиопередач или другого разговора в телефонной трубке, прием на одной частоте срезу нескольких радиопередач.

Внутренними являются помехи, возникающие внутри канала, к ним относятся собственные шумы, которые, в свою очередь, подразделяются на:

§ тепловые ¾  обусловлены хаотическим движением электрических зарядов в проводниках;

§ дробовые ¾ обусловлены неоднородной плотностью носителей заряда в проводниках.

Собственные шумы не могут быть устранены, т. к. они вызваны физикой процесса передачи электрической энергии.

Импульсными помехами являются сконцентрированные по времени скачки тока или напряжения (рисунок 2а).

Флуктуационные помехи вызваны флуктуациями (отклонением от среднего значения) тока и напряжения.

Периодические помехами являются периодические скачки тока или напряжения (рисунок 2в).

Собственные шумы канала являются флуктуационными помехами и имеют спектральную плотность мощности, равномерно распределенную во всех диапазонах частот используемых для электросвязи (0 ¸ 10¹⁴ Гц). По аналогии с белым светом, имеющем в своем спектре составляющие на всех частотах, данные шумы называются белым шумом. 

21. Электрическая принципиальная схема умножителя частоты на транзисторе, принцип работы, временные и спектральные диаграммы.

Метод угла отсечки используется для получения гармонического колебания с кратной частотой из другого гармонического колебания. Для получения колебания с требуемой частотой необходимо трансформировать спектр входного сигнала (внести в спектр новые гармонические составляющие).Для трансформации спектра используется нелинейный элемент, работающий в режиме отсечки. Для этого положение рабочей точки задается, с помощью напряжения смещения U₀, за пределами вольтамперной характеристики элемента. В этом умножителе в качестве нелинейного элемента используется биполярный транзистор VT1, работающий в режиме отсечки коллекторного тока. На транзистор подается напряжение питания Ек и напряжение смещения U₀. Входное напряжение поступает через колебательный контур L1 C1. Колебательный контур используется для получения большей стабильности частоты входного колебания, т. е. чтобы на вход транзистора поступало колебание содержащее только одну гармонику на требуемой частоте, и тем самым исключить искажение получаемого колебания. Транзистор трансформирует спектр колебания. Затем гармоника с требуемой частотой выделяется колебательным контуром  L2 C2, используемым в качестве полосового фильтра. Коэффициент умножения данного умножителя не превышает 3. Для получения К_уч>3 необходимо использовать многокаскадные схемы умножителя (последовательное включение нескольких умножителей). Например, для получения К_уч=6 необходимо последовательно включить два умножителя с К_уч=2 и К_уч=3.

22. Электрическая структурная схема автогенератора, процесс возбуждения колебаний в автогенераторе. Баланс амплитуд и фаз.

Рассмотрим обобщенную структурную схему гармонического автогенератора. Поскольку это автогенератор, то он должен иметь внутренний источник питания (ИП) Для формирования гармонических колебаний генератор должен содержать цепь, в которой способны возникнуть колебания. Такой цепью является колебательный контур, который также будет выполнять функции избирательной цепи (ИЦ). Избирательная цепь определяет частоту генерируемых колебаний и их форму. С точки зрения возникновения колебаний колебательного контура достаточно, но колебательный контур является пассивной цепью, а, следовательно, обладает положительным активным сопротивлением Rиц. При наличии этого сопротивления, а также сопротивления нагрузки Rн, в которую подаются колебания, формируемые генератором колебания будут затухающими. Поэтому в цепь автогенератора необходимо включить элемент, обладающий отрицательным активным сопротивлением, как известно, элемент, обладающий отрицательным активным сопротивлением является источником переменного тока, а, следовательно, является активным (усилительным) элементом (УЭ). Сопротивление усилительного элемента Rуэ должно полностью компенсировать все потери энергии в пассивных цепях генератора и нагрузке. Также в состав автогенератора необходимо включить цепь, с помощью которой часть колебаний с выхода генератора будет поступать в усилительный элемент для компенсации потерь, т. е. необходима цепь обратной связи (ОС). Данная цепь также является пассивной и обладает положительным активным сопротивлением Rос. Таким образом, получаем обобщенную структурную схему гармонического автогенератора (рисунок 1).

В стационарном режиме работы автогенератора положительное активное сопротивление пассивных элементов генератора и нагрузки должно полностью компенсироваться отрицательным сопротивлением усилительного элемента, т. е.

R_иц+R_ос+R_н-R_уэ=0

При включении источника питания в цепях автогенератора наблюдаются флуктуации тока (флуктуационный шум). Спектр этого шума содержит составляющие на всех частотах. Из этого спектра с помощью избирательной цепи выделяется составляющая на частоте генерации fг. Полученное колебание на выходе ИЦ поступает по цепи обратной связи в усилительный элемент, где осуществляется усиление колебания, которое поступает опять в ИЦ и т. д. Амплитуда колебаний возрастает до определенного момента, после чего она стабилизируется, а также стабилизируются частота и форма колебаний. Во время работы автогенератора выделяют два режима работы: переходной и стационарный. Переходной режим работы генератора длится с момента включения генератора и до момента стабилизации параметров колебаний. Стационарный режим работы длится с момента стабилизации параметров колебаний и до выключения генератора.

1. Условие баланса амплитуд

К_п= S_ср×R_иц× К_ос=1                                                                      (1)

Коэффициент передачи по замкнутому кольцу генератора должен быть равен единице. Т. е. вся энергия, затрачиваемая на пассивных элементах генератора и нагрузки должна полностью компенсироваться энергией пополнения усилительного элемента. Условие баланса амплитуд определяет стационарную амплитуду колебаний.

 2. Условие баланса фаз

j_ус=j_уэ+j_иц+j_ос=0 или k2p, где k=1, 2, 3, …                          (2)

Суммарный сдвиг фаз в замкнутом кольце автогенератора должен быть равен нулю или кратен 2p (360°). Т. е. энергия пополнения усилительного элемента должна подаваться в фазе с уже существующими колебаниями. Для выполнения этого условия цепь обратной связи автогенератора должна быть положительной. Т. к. в большинстве автогенераторов условие баланса фаз выполняется лишь на одной частоте, то это условие определяет частоту генерации.

23. Электрическая принципиальная схема двухточечного трансформаторного LC-генератора. Назначение элементов схемы, принцип работы.

В этом генераторе в качестве усилительного элемента используется транзистор VT1 включенный по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой транзистора является параллельный колебательный контур L2 C2. Этот контур используется как колебательная система, с помощью которой формируются колебания, и как избирательная цепь, от которой зависит частота и форма колебаний. Катушки индуктивности L1 и L2 образуют высокочастотный трансформатор. Кроме того катушка L1 является элементом обратной связи, с помощью которого колебания подаются на базу транзистора. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения. С его помощью на транзистор подается напряжение смещения U₀, которым задается положение рабочей точки на вольтамперной характеристике. Резистор R3 является температурной стабилизацией транзистора. Также R3 с конденсатором C4 образуют цепь автоматического смещения, которая осуществляет перевод генератора из мягкого режима самовозбуждения в жесткий. Конденсаторы С1 и С3 являются разделительными, и отделяют постоянную составляющую тока питания от переменной составляющей колебания. Электропитание генератора осуществляется от источника Е_к.

Принцип действия генератора заключается в следующем. При включении источника питания Е_к происходит заряд конденсатора C2, который затем разряжается на L2. Таким образом, в контуре появляются колебания. Эти колебания, за счет ЭДС взаимоиндукции, возбуждают переменное напряжение в катушке L1, которое вместе с напряжением смещения U₀ поступает на базу транзистора. За счет усилительных свойств возникшие колебания нарастают. По мере нарастания амплитуды колебаний возрастает ток базы транзистора. Постоянная составляющая этого тока создает падение напряжения на R3 (переменная составляющая этого тока проходит через конденсатор С4). В результате этого, напряжение смещение, подаваемое на транзистор, уменьшается. Уменьшение U₀ приводит к смещению рабочей точки вниз по характеристике, и генератор переходит в жесткий режим самовозбуждения. Колебания возрастают до значения точки устойчивого равновесия, и затем генератор переходит в стационарный режим работы.

Условие баланса амплитуд выполняется за счет усилительных свойств транзистора. Условие баланса фаз выполняется за счет транзистора включенного по схеме с общим эмиттером (осуществляет сдвиг фазы на 180°) и катушек индуктивности L1 и L2 (при подобном включении, каждая катушка сдвигает фазу на 90°).

Частота колебаний вырабатываемых данным автогенератором определяется выражением

w_г=1/Ö L₂С₂

24. Электрическая принципиальная схема RC-генератора с фазосдвигающей цепью и согласующим каскадом. Назначение элементов, принцип работы.

Основным достоинством RC автогенераторов является возможность генерирования стабильных низкочастотных колебаний (до 20 кГц). Недостатком таких генераторов является не экономичность по сравнению с LC автогенераторами, т. к. RC автогенераторы работают в мягком режиме самовозбуждения.

В RC автогенераторах для построения избирательной цепи используются RC фильтры. В рассматриваемом автогенераторе цепь положительной обратной связи строится последовательным включением нескольких RC фильтров. Фильтры выполняют сразу несколько функций: определяют частоту генерируемых колебаний, определяют форму колебаний и участвуют в выполнении баланса фаз. В этом генераторе усилительный каскад собран на транзисторе VT1. Нагрузкой усилителя является резистор R3. Трехзвенная фазосдвигающая цепь состоит из элементов C4 C5 C6 и R4 R5 R6. Для согласования низкого входного сопротивления транзистора VT1 с сопротивлением фазосдвигающей цепи используется согласующий каскад ¾ эмиттерный повторитель. Данный каскад собран на транзисторе VT2 включенный по схеме с общим коллектором. При отсутствии этого каскада низкое входное сопротивление VT1 будет шунтировать цепь обратной связи и значительно    уменьшать    коэффициент обратной    связи,   а   это приведет к несоблюдению условия баланса амплитуд. Нагрузкой эмиттерного повторителя служит резистор R9. Напряжение смещение на транзисторы подаются делителями напряжения R1 R2 и R7 R8. Элементы С1 R10 являются фильтром питания. С2 С3 С7 являются разделительными конденсаторами. Коэффициент обратной связи такого генератора равен 1/29, поэтому для выполнения баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя должен быть К_ус³29.

25. Электрическая принципиальная схема RC-генератора с фазобалансной цепью. Условия возбуждения. Назначение элементов, принцип работы.

В генераторах с четным числом усилительных каскадов нет необходимости использовать в цепи положительной обратной связи фазосдвигающие цепи. Для выделения колебаний требуемой частоты в выходном напряжении таких генераторов, в цепь обратной связи включают четырехполюсник, обладающий частотно-избирательными свойствами (фазобалансную цепь).

Для генерирования колебаний необходимо, чтобы данный четырехполюсник не вносил сдвига фаз между входным напряжением Uвх и выходным напряжением Uвых, т. е. j_вх должна быть равна j_вых. Частота, на которой j_вх=j_вых определяется по выражению  f_г=1/2pÖ R₁C₁R₂C₂

Удобно выбирать R₁=R₂=R, C₁=C₂=C тогда выражение примет вид f_г=1/2p RC. На всех остальных частотах будет происходить сдвиг фазы, а значит, на этих частотах не будет выполняться условие баланса фаз, и колебания с этими частотами будут отсутствовать.

Коэффициент обратной связи в этом случае будет равен 1/3, а следовательно, для выполнения баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя автогенератора должен быть не менее 3. В этом генераторе усилитель собран на двух усилительных каскадах собранных на транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой этих каскадов являются резисторы R3 и R5. Напряжение смещения на транзисторы подается фиксированным током базы через резисторы R2 и R4. Элементы С1 R1 C2 R2 образуют фазобалансную цепь в цепи положительной обратной связи. Элементы С4 С5 являются разделительными конденсаторами. R6 С3 элементы фильтра питания. Условие баланса амплитуд в этой схеме выполняется за счет двух усилительных каскадов, с помощью которых легко достигается коэффициент усиления равный 3. Баланс фаз достигается включением двух транзисторов по схеме с общим эмиттером (суммарный сдвиг фаз в этом случае 180°+180°=360°).

26. Основные характеристики модуляторов (модуляционная, частотная).

Модуляционная характеристика представляет собой зависимость отклонения информационного параметра несущей от воздействующего модулирующего напряжения Um_u. При гармонической несущей это отклонение амплитуды DUm при АМ, отклонение частоты Dw при ЧМ и отклонение фазы Dj при ФМ.

В идеальном случае модуляционная характеристика должна быть линейной однако реальная характеристика имеет отклонения. Эти отклонения приводят к нелинейным искажениям модулированного сигнала. По данной характеристике определяют качественные показатели модулятора (амплитуду модулирующего сигнала).

Частотная характеристика представляет собой зависимость основного параметра модулированного сигнала от частоты модулирующего гармонического колебания u(t). Для гармонической несущей такими параметрами являются ¾ коэффициент m_АМ при АМ, девиация частоты Dw_m при ЧМ, индексу Dj_m при ФМ.

Идеальная частотная характеристика имеет постоянное значение на всех частотах). Реальная характеристика имеет отклонения, что приводит к частотным искажениям. По частотной характеристике определяют частотные свойства модулятора (полосу пропускания модулятора).

27. Основные характеристики детекторов (детекторная, частотная).

Характеристиками детектора являются: детекторная, частотная.

Детекторная характеристика представляет собой зависимость напряжения на выходе детектора от изменения информационного параметра несущего колебания, подводимого к нему. При АМ информационным параметром является амплитуда, при ЧМ частота, при ФМ фаза.

Идеальная характеристика является линейной проходя через начало координат под углом a к оси абсцисс. Реальная характеристика имеет отклонения, которые приводят к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения Um_u детектора от частоты модулирующего гармонического колебания. Реальная характеристика имеет линейный характер и постоянна для Um_u на всех частотах. Отклонение реальной характеристики от идеальной приводит к частотным искажениям модулирующего сигнала. Также как и для модуляторов, по частотной характеристике определяют полосу пропускания детектора.

28.

28.Принципиальная электрическая схема однотактного амплитудного модулятора на диоде. Принцип работы, диаграммы.

В состав данного модулятора входит диод (нелинейный элемент) и полосовой фильтр. Нелинейный элемент в схеме необходим, так как модуляция связана с изменением спектра сигнала. 

На диод VD, вольтамперная характеристика которого аппроксимирована полиномом второй степени, подаются три напряжения: напряжение смещения U₀, напряжения модулирующего u(t) и несущего S(t) колебаний. Спектр отклика диода при таком воздействии представлен на рисунке. В данном спектре модулированному сигналу соответствуют составляющие на частотах w₀, w₀±W. Эти составляющие выделяются полосовым фильтром, в качестве которого используется колебательный LC контур, настроенный на частоту w₀. Недостатком данного модулятора является присутствие в спектре сигнала составляющей несущего сигнала.

29.Принципиальная электрическая схема некогерентного амплитудного детектора. Назначение элементов, принцип работы, графические зависимости.

В состав детектора включен нелинейный элемент ¾ диод VD1. Необходимость нелинейного элемента вызвана тем, что процесс детектирования связан с трансформацией спектра сигнала. На диод поступает АМ колебание S_АМ(t), в спектре которого имеются составляющая несущего колебания и боковые составляющие. В спектре отклика диода u_д(t) появляются новые составляющие: постоянная, составляющая модулирующего колебания и высшие гармоники модулированного колебания. Элементы R1 C1 образуют фильтр нижних частот, который шунтирует высокочастотные составляющие спектра отклика и тем самым выделяет составляющую модулирующего колебания и постоянную составляющую u_ФНЧ(t). Разделительный конденсатор C2 задерживает постоянную составляющую спектра и в спектре выходного колебания присутствует только составляющая модулирующего колебания u(t) .

Эффективное подавление высокочастотных составляющих спектра отклика фильтром нижних частот детектора возможно при выполнении условия 1/w₀С1<< R1 << 1/WC1

где С1 и R1 элементы ФНЧ. Недостатком данного детектора является изменение отношения сигнал-помеха на выходе детектора, что может привести к подавлению слабого сигнала сильной помехой. Поэтому при использовании данного детектора необходимо сначала подавить помехи, а потом детектировать сигнал, т. е. применять додетекторную обработку сигнала.

30.Принципиальная электрическая схема частотного детектора. Назначение элементов, принцип работы, графические зависимости.

Детектирование ЧМ сигналов может осуществляться при когерентном и некогерентном приеме. Рассмотрим детектирование ЧМ сигналов при некогерентном приеме. В этом случае детектирование осуществляется в два этапа:

§ преобразование частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал (АЧМ);

§ детектирование АЧМ сигнала амплитудным детектором.

В данном детекторе в качестве преобразователя ЧМ сигнала в АЧМ осуществляется с помощью колебательного контура L1 C1. Контур расстроен относительно несущей частоты, т. е. его резонансная частота не равна частоте несущего колебания. При увеличении частоты ЧМ сигнала, она приближается к резонансной частоте контура w_рез и амплитуда колебания u_К(t) возрастает. При уменьшении частоты ЧМ сигнала, она удаляется от резонансной частоты контура и амплитуда u_К(t) уменьшается. Таким образом, на выходе контура колебание представляет собой модулированный сигнал, у которого изменяется и частота амплитуда и частота (АЧМ сигнал). Затем данный сигнал детектируется амплитудным детектором На диод поступает АМ колебание S_АЧМ(t), в спектре которого имеются составляющая несущего колебания и боковые составляющие. В спектре отклика диода u_д(t) появляются новые составляющие: постоянная, составляющая модулирующего колебания и высшие гармоники модулированного колебания. Элементы R1 C2 образуют фильтр нижних частот, который шунтирует высокочастотные составляющие спектра отклика и тем самым выделяет составляющую модулирующего колебания и постоянную составляющую u_ФНЧ(t). Разделительный конденсатор C3 задерживает постоянную составляющую спектра и в спектре выходного колебания присутствует только составляющая модулирующего колебания u(t) .

Эффективное подавление высокочастотных составляющих спектра отклика фильтром нижних частот детектора возможно при выполнении условия 1/w₀С2<< R1 << 1/WC2. Детекторная характеристика данного детектора является нелинейной, а следовательно, при детектировании данным детектором модулирующий сигнал имеет нелинейные искажения.

Для устранения нелинейных искажений используют балансную (двухтактную) схему частотного детектора.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры