Материал: Экзамен по нелинейной части (Ильин)

Билет №6

1. Фазовый детектор (Векторные диаграммы)

Фазовые детекторы преобразуют напряжение, модулированное по фазе, в напряжение, изменяющееся по закону модулирующей функции. Напряжение на выходе детектора определяется разностью фаз сравниваемых колебаний.

Рассмотрим балансную схему ФД.

Диоды VD1 и VD2 амплитудных детекторов включены однополярно, а нагрузки – встречно. Выходное напряжение образуется как разность напряжений, создаваемых каждым амплитудным детектором.

Напряжение сигнала приложено к диодам противофазно, а опорное – синфазно. Соответствующие векторные диаграммы выглядят следующим образом:

Результирующая детекторная характеристика балансного фазового детектора:

При с= /2 (3 /2) детекторные характеристики линейны и проходят через нуль, что весьма важно при применении фазового детектора в автоматических регуляторах частоты и фазы.

2. Системы АРУ.

Системами АРУ называются цепь, которая поддерживает заданный оптимальный уровень выходного напряжения независимо от уровня входного сигнала без изменения закона модуляции этого сигнала.

Различают: АРУ прямого, обратного и комбинированного действия.

В АРУ прямого типа цепь АРУ подключена ко входу регулируемого усилителя, напряжение регулировки рег получается в результате детектирования входного напряжения.

АРУ обратного типа цепь АРУ подключена к выходу регулируемого усилителя, напряжение регулировки рег получается в результате детектирования выходного напряжения.

АРУ комбинированного типа использует преимущества обеих схем: стабильность обратной АРУ и возможность получение идеальной характеристики прямой АРУ. Основная регулировка происходит в РУ; он, как правило, содержит несколько регулируемых каскадов. Второй регулируемый усилитель обычно однокаскадный, его основная задача - несколько скомпенсировать возрастающее напряжение на выходе пер-

вого усилителя. То, что идеальная регулировка на практике не достигается, не имеет большого значения, так как пределы изменения вых невелики.

Билет №7

1. Ограничители амплитуды сигналов

Ограничитель амплитуды сигналов устраняет паразитную амплитудную модуляцию во время приема ЧМ и ФМ сигналов.

Ограничитель амплитуды состоит из безынерционного нелинейного элемента (являющегося ограничителем) и резонансного фильтра (выделяет спектральную зону в области частоты входного сигнала).

Амплитудная характеристика ограничителя амплитуды выглядит следующим образом:

Как только амплитуда входного сигнала превысит пороговый уровень Uвх1, коэффициент передачи ограничителя амплитуд будет падать. Качество работы ограничителя амплитуд характеризуется коэффициентом ограничения:

Для улучшения качество ограничения нужно снижать порог ограничения, либо увеличивать коэффициент усиления. Рассмотрим транзисторный ограничитель амплитуды:

Сопротивление термостабилизации намеренно отсутствует, потому что благодаря нему осуществляется

обратная отрицательная связь. А именно из-за нее сдвигается рабочая точка при изменение амплитуды выход-

ного сигнала, что ведет к препятствие созданию перегрузочного режима и ухудшению ограничительных ха-

рактеристик.

Если амплитуда входного напряжения такова, что превышает размах, ограниченный стрелками на приведенной характеристике 2, то начинается отсечка коллекторного тока снизу и насыщение сверху.

2. Комбинированная АРУ

В данной схеме реализуются преимущества обоих схем АРУ: стабильность обратной АРУ и возможность получение идеальной характеристики прямой АРУ. Основная регулировка происходит в РУ; он, как правило, содержит несколько регулируемых каскадов. Второй регулируемый усилитель обычно однокаскадный, его основная задача - несколько скомпенсировать возрастающее напряжение на выходе первого усилителя. То, что идеальная регулировка на практике

не достигается, не имеет большого значения, так как пределы изменения вых невелики.

Билет №8

1.Работа диодного детектора в режиме «сильного» сигнала

Вслучае детектирования сильных сигналов Um > 0,7 ÷ 0,8, детекторную характеристику можно представить в виде кусочно-линейной функции. В этом случае процесс детектирования можно пояснить с помощью эпюр напряжения.

Если на детектор подается АМ–сигнал, а сам детектор линеен и безынерционен по отношению к огибающей, то можно вывести выражение UΩ = U0m cos θ. С учетом этого коэффициент передачи амплитудного детектора при детектировании АМ–колебания определяется выраже-

нием: K = UΩ = cos θ.

mU0

Таким образом, идеальный безынерционный детектор не создает нелинейных искажений огибающей, так как его коэффициент передачи постоянен и равен cos . Это дает основание называть детектор сильных сигналов линейным детектором. Величина коэффициента передачи детектора может быть очень близкой к единице при достаточно большом произведении S ∙ R (S – крутизна диодной характеристики, R – нагрузка детектора). Это приводит к тому, что в современных приемниках применяют, как правило, режим детектирования сильных сигналов.

2. Инерционные АРУ

Такие системы с большой постоянной времени цепи обратной связи (0,1 с и более).

Согласно лекции к данного вида регулировке относятся прямые АРУ и обратные АРУ (простые, с усилением, простые с задержкой, с усилением и задержкой).

Билет №9

1. Работа диодного детектора в режиме «слабого» сигнала При детектировании слабых сигналов диод работает без отсечки тока. Рабочий участок детектирования находится в пределах криволинейной части статической характеристики диода.

Для случая детектирования слабых сигналов получено выражение для уравнения детекторной характеристики в следующем виде:

Из последнего выражения следует, что детекторная характеристика диодного детектора при слабых сигналах имеет вид квадратичной параболы. Поэтому диодные детекторы слабых сигналов часто называют квадратичными.

Квадратичность детекторной характеристики приводит к значительным нелинейным искажениям АМ–сигнала. Для этого случая коэффициент нелинейных искажений может быть определен по следующей формуле: Ки = m4

Дополнительными недостатками квадратичного амплитудного детектора являются низкий коэффициент передачи К = Uвых⁄Uc,

Поскольку допустимый коэффициент искажений в радиовещании не превышает менее 5%, то это налагает ограничения на допустимую глубину АМ–колебания в передатчике (m < 20%). При этом очень непроизводительно расходуется мощность передатчика, вкладываемая в несущее колебание. В этом состоит главная причина, по которой детектирование слабых сигналов не применяется в современных связных и радиовещательных приемниках.

2. Временная АРУ Временная АРУ применяется в радиолокационных приемниках. В локационных системах приемник и передатчик находятся в непосредственной близости, поэтому чувствительность

приемника можно осуществлять за счет запуска синхроимпульсом передатчика специального генератора управляющего напряжения системы АРУ. Сигнальные импульсы

Управляющее напряжение

Коэффициент усиления

Принцип формирования напряжения ВАРУ заключается в том, что одновременно с излучением зондирующего СВЧ импульса, автоматически включается схема регулировки усиления приемника, которая формирует импульс, состоящий из прямоугольного импульса (длительность которого равна длительности зондирующего) и экспоненциальной составляющей. Прямоугольная составляющая сигнала ВАРУ запирает усилительные каскады приемника на время излучения мощного СВЧ импульса, а экспоненциальная составляющая плавно, по экспоненте, постепенно открывает усилительные каскады, тем самым увеличивает усиление приемника во времени (то есть – по дальности)

Билет №10

1.Синхронный амплитудный детектор.

Всинхронных детекторах под воздействием гетеродина периодически во времени меняются параметры цепи. Поскольку к таким устройствам относятся ПЧ, то структурная схема СД совпадает со структурной схемой ПЧ. Отличие СД от ПЧ заключается в том, что что частоту гетеродина выбирают равной частоте несущего колебания на входе детектора и, таким образом, реализуется нулевая промежуточная частота. Т.е гетеродин должен быть синхронным с сигналом. г =

с, вых =

Ток на выходе синхронного детектора имеет вид:

вых0 = 0,5 ∙ 1 ∙ ∙ ( г − с)

Выходное напряжение:

вых = вых0 ∙ н = 0,5 ∙ 1 ∙ ∙ н ∙ ( г − с)

Для реализации синхронности и синфазности гетеродина создается специальная цепь синхронизации, включающая в себя фильтр для выделения несущего колебания Uс, которое подводится к фазовому детектору системы автоматической подстройки частоты гетеродина.

Достоинства: линейность амплитудной характеристик, начиная с очень слабых сигналов; частотная избирательность осуществляется за счет изменения параметров выходного фильтра

2. Цифровая АРУ Цифровые АРУ применяются для управления РЛС и обработки радиолокационной информации.

ССК - схема сравнения кодов, СУЗ - схема усреднения и запоминания.

Работу цифровой АРУ можно пояснить следующим образом. Сигналы с видеоусилителя поступают на АЦП системы АРУ. Далее цифровой сигнал сравнивается с эталонным значением и на выходе системы сравнения кодов появляется цифровой сигнал рассогласования подается на ЦАП. На выходе ЦАП формируется аналоговый сигнал управления усилением приемника.

Достоинства: сохранения установленного усиления при перерывах в приеме сигналов; независимость регулировочных характеристик от разброса и конкретных свойств цепи АРУ.