Материал: Экзамен по нелинейной части (Ильин)
Билет №16
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. Поисковая АПЧ
Здесь ГП - генератор пилообразного напряжения, который при отсутствии внешнего воздействия генерирует пилообразное напряжение, перестраивающее частоту гетеродин в Г в максимально возможных пределах. Это позволяет найти такое значение частоты гетеродина, при котором появляется сигнал на выходе УПЧ. С приближением промежуточной частоты к переходной частоте ЧД амплитуда видеоимпульсов на его выходе сначала увеличивается, затем уменьшается и далее изменяется полярность импульсов. После этого начинается новый рост амплитуды. Когда амплитуда сигнала на выходе ЧД достигает определенного значения, фиксирующая цепь ФЦ вырабатывает постоянное напряжение, срывающего автоколебания генератора поиска и переводящего его в режим усиления постоянного
напряжения. Таким образом, прекращается поиск по частоте и осуществляется захват найденного значения частоты гетеродина, обеспечивающего близость промежуточной частоты к номинальному.
При новом значительном уходе промежуточной частоты или прекращения приема сигналов система АПЧ переходит в режим поиска по частоте, при этом новый захват нужного значения частоты происходит за один или несколько циклов поиска
Билет №17
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:
К = вх⁄ вх1
огр. вых⁄ вых1
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. Транзисторные амплитудные детекторы.
Достоинства транзисторного АД: возможность усиления сигнала при детектировании; возможность получения большей абсолютной мощности продетектированного сигнала. Недостатки: большие нелинейные искажения; малое входное сопротивление; меньшая перегрузочная способность.
Пример транзисторного АД на полевике:
Детектирование происходит благодаря нелинейности проходной характеристики. Источник напряжения з задает рабочую точку (транзистор почти заперт). При подаче на вход сигнала UВХ в стоковой цепи появляются импульсы тока. Выпрямленный ток, медленно меняющийся с частотой модуляции, создает напряжение на сопротивлении нагрузки RН. Составляющие тока с угловыми частотами , 2, и т.д. замыкаются через конденсатор нагрузки. Такой детектор имеет большое входное сопротивление.
Билет №18
1. Классификация обратных систем АРУ.
Цепь АРУ подключена ко выходу регулируемого усилителя, напряжение регулировки Eрег получается в результате детектирования выходного напряжения. Фильтр АРУ отфильтровывает составляющие частот модуляции и пропускает медленно меняющееся составлявшие Eрег
Достоинства обратной регулировки: такая система АРУ не подвержена сильным перегрузкам и нечувствительна к изменениям коэффициента усиления системы, связанных со старением активных элементов.
Недостаток обратной регулировки: невозможность получения идеальной характеристики АРУ и невозможность получения одновременно большой глубины регулирования и высокого быстродействия.
Различают: простую АРУ, усиленную АРУ, простую АРУ с задержкой, усиленную АРУ с задержкой.
Простая АРУ уменьшает выходной сигнал при слабых сигналах и обладает малой глубиной регулирования.
Усиленная АРУ устраняет недостатки простой АРУ путем включения УПТ после детектора в обратную связь, но в такая система в большей степени подавляет слабые сигналы.
АРУ с задержкой устраняет недостаток в подавлении слабых сигналов. Пока сигнал на выходе не превышает некоторого порогового значения система АРУ отключена. При превышении напряжения задержки включается система АРУ.
2. Частотный детектор с преобразованием ЧМ в АМ.
Данный вид частотного детектора состоит из двух частей — преобразователя ЧМ в АМ и АД. Преобразователь ЧМ в AM — это линейное устройство, имеющее неравномерную амплитудно-частотную характеристику. В качестве такого преобразователя может быть использован колебательный контур.
Входной LC-контур настроен на частоту, несколько отличающуюся от частоты входных колебаний. В результате на вход амплитудного детектора поступают колебания, модулированные и по частоте, и по амплитуде.
Действительно, если к входу частотного детектора подводятся колебания, модулированные по частоте, например, одним тоном
у которых частота изменяется по закону
то амплитуда колебаний, поступающих на амплитудный детектор, изменяется синхронно с изменением частоты. Радиосигнал, изменяющийся по амплитуде (и частоте), поступает на обычный амплитудный детектор, где извлекается информация.
Билет №19
1. Общая теория преобразователя частоты.
Представим смеситель ПЧ как нелинейный шестиполюсник, на выходе которого включена избирательная нагрузка н, настроенная на промежуточную частоту. На нелинейный элемент действуют три гармонических напряжений:
Напряжение сигнала: = cos( + ) Напряжение гетеродина: г = г cos(г + г)
Напряжение промежуточной частоты: пр = пр cos(пр + пр) Ток на выходе смесителя является функцией трех переменных:
Выражение для выходного тока можно представить в виде разложения в ряд Тейлора в точке, задаваемой мгновенными значениями напряжения сигнала, и сигнала на промежуточной
частоте:
Подставим все и применим правило перемножения косинусов:
Первое слагаемое: Действие напряжение гетеродина; Второе слагаемое: Мгновенное значение прямой проводимости;
Третье слагаемое: Мгновенное значение выходной проводимости; Следовательно, можно записать:
Получим уравнение прямого преобразования, подставив во 2-сл k=1, а в 3-сл k=0: Представим слагаемые рядом Фурье:
В комплексном виде это уравнение запишется в виде:
Прямое преобразование – это фактически образование промежуточной частоты из частоты сигнала и частоты гетеродина. Кроме прямого преобразования в преобразователях частоты имеет место и обратное преобразова-
2. Частотный детектор с преобразованием ЧМ в импульсные виды модуляции.
Частотные детекторы этого типа не содержат колебательных цепей. Поэтому при частотах сигнала до единиц МГц они с успехом могут быть реализованы средствами современной микроэлектроники.
Входное синусоидальное ЧМ–колебание подвергается двухстороннему ограничению, полученная квадратная волна напряжения пропускается через дифференциатор. На выходе получается последовательность коротких импульсов положительной и отрицательной полярности. Указанные импульсы подаются на формирователь, где отрицательные импульсы отсекаются, а положительные имеют одинаковую амплитуду и длительность. На выходе формирователя имеем последовательность нормированных импульсов положительной полярности. Эти импульсы детектируются в видеосигнальном (пиковом) детекторе, выходное напряжение которого обратно пропорционально скважности = ⁄ = 1⁄ , где Т и f период и частота
исходного ЧМ–колебания, – длительность нормированного импульса на выходе формирователя. Так как длительность нормированного импульса
постоянна, то скважность последовательности прямо пропорциональна периоду следования нормированных импульсов и обратно пропорциональна частоте исходного ЧМ–колебания. Следовательно, выходной сигнал на выходе пикового детектора пропорционален частоте исходного ЧМ–колебания.
В процессе преобразования ЧМ в ЧИМ полностью устраняется зависимость выходного напряжения от изменения амплитуды входного сигнала и подобный детектор является чисто частотным