Типові процеси обробки ЕІС

В процесі передачі та перетворення ЕІС реалізується ряд маніпуляцій, серед яких найбільш поширеними є: підсилення (струму, напруги, потужності), генерація незгасаючих електричних коливань різної форми, випрямлення, модуляція, детектування, перетворення частоти, селекція (виділення) за амплітудою, частотою, тривалістю імпульсів та ін.

Підсилення потужності ЕІС. Це найбільш поширений процес обробки ЕІС. В наступних розділах будуть детально розглянуті питання побудови різноманітних підсилювачів. Тут зупинимось лише на поясненні принципу підсилення.

Підсилення потужності ЕІС було реалізовано в перших електричних телеграфних системах шляхом використання електромагнітних реле та джерел живлення.

Реле як елементи електричних схем використовують для комутацій і керування потужністю, що надходить у кероване навантаження. Цікаво, що термін реле (від. франц. relais – реле) вживався у минулому для позначення процесу заміни коней на поштових станціях. Це, так би мовити, забезпечувало підсилення потужності за рахунок зміни контура.

В електричних колах за допомогою реле малопотужний інформаційний сигнал керує майже необмеженою потужністю, яка спрямовується від зовнішнього джерела живлення у навантаження R_н (рис. 1.6 а).

Аналогічно працюють і активні прилади. До речі, вакуумні тріоди після їх винайдення називали пустотілими реле. У літературі та серед спеціалістів зустрічається вислів «Транзистор (лампа)підсилює потужність». Мається на увазі, що за допомогою активних приладів керують потужністю, яка надходить від зовнішнього джерела живлення в навантаження. Цей процес відбувається за законом зміни сигналу на вході. Потужність вхідного інформаційного сигналу, так само як і при використанні реле, може бути значно меншою від потужності джерела живлення (рис.1.6 б), що і забезпечує необхідний коефіцієнт підсилення за потужністю К_р >> 1.

За допомогою реле в електричній схемі можна забезпечувати тільки два стани: «Ввімкнено» і «Вимкнено». Це дозволило використовувати реле в радіотелеграфній апаратурі,телефонії, різних системах комутації, зокрема в обчислювальній техніці.

Електронні прилади є більш досконалими ключами і дозволяють плавно майже безінерційно змінювати опір електричного кола в широких межах, коли на вхід надходить аналоговий сигнал (наприклад, гармонічний).

Послідовно з джерелом постійної напруги E включено два опори: постійний опір R_н (опір навантаження), і змінний опір R_л_.. Роль змінного опору виконує електронна лампа або транзистор, які під впливом напруги або струму, що підводиться до входу підсилювача (як умовно показано на рис.1.7 штриховою лінією і стрілкою), змінюють величину свого опору.

Наприклад, в радіоприймачах і передавачахі є ряд підсилювачів електричних коливань. Необхідність посилення неважко зрозуміти з порівняння потужностей. Так, потужність радіосигналу на вході приймального пристрою нерідко має величину 10^-14—10^-12 Вт,а для роботи кінцевого приладу (наприклад, гучномовця) зазвичай потрібна потужність порядку одного або десятків (сотень) ватів. Таким чином, в приймальному пристрої потрібне підсилення потужності в 10¹²— 10¹⁴ разів. Звідси витікає одна з важливих задач радіоелектроніки — підсилення потужності електричних коливань, збільшення амплітуди коливань за струмом чи напругою.

Генерація незатухааючих електричних коливань. В каналах обробки та передачі інформації окрім сигналів, що надходять на вхід ЕС, формують додаткові ЕІС в самій системі, які дозволяють реалізувати оптимальні алгоритми їх обробки. Принцип формування таких сигналів показано на рис.1.8.

При цьому використовуються: - потужність джерела живлення; - підсилювач потужності електричних сигналів; коло позитивного зворотного зв`язку для передача частини потужності сигналів з виходу на вхід.. Генератори різноманітних незатухаючих електричних коливань детально розглядаються нижче(розділ 9). Зараз необхідно засвоїти принцип їх побудови на рівні структури.

Слід звернути увагу на те, що підсилення потужності ЕІС та формування незатухаючих електричних коливань досягається за рахунок використання потужності зовнішніх джерел живлення.

Випрямлення – це перетворення енергії джерела змінного струму в енергію постійного струму. Зазвичай джерелом електричної енергії для РЕА є промислова мережа змінногоструму напругою 220 В, частотою 50 Гц. Безпосередньо для живлення апаратури використовуються джерела постійного струму, для чого в кожному автономному пристрої (телевізорі, комп’ютері та ін.) створюються блоки живлення для формування постійних напруг необхідних величин. Основними елементами таких блоків є випрямлячі, принципи побудови та функціонування яких розглядаються в розділі 3.6.1.

Модуляція. В радіотехніці для передачі сигналу шляхом випромінювання електромагнітних коливань необхідні високочастотні коливання, так як електричні коливання, одержані від датчиків, наприклад, від мікрофону, є зазвичай низькочастотними (30 Гц…20 кГц), а тому безпосередньо не можуть достатньо ефективно випромінюватися антеною і розповсюджуватися на великі відстані. Цю проблему вирішили за допомогою модуляції.

Модуляцією називається зміна одного з параметрів високочастотного коливання (амплітуди, частоти або фази) за законами зміни вхідного низькочастотного ЕІС. Високочастотне коливання (несуче), промодульоване низькочастотним сигналом (огинаючою), називається радіосигналом.

Розрізняють три основні види модуляції: амплітудну (АМ), частотну (ЧM) і фазову.

В радіомовленні, в діапазоні довгих, середніх та коротких хвиль, а також на телебаченні в каналі зображення використовують АМ - модуляцію. В діапазоні метрових хвиль радіомовлення та в каналі звукового супроводження в телебаченні використовують ЧМ- модуляцію (англ. FM).

Детектування. Детектуванням називається процес, зворотний процесу модуляції. При детектуванні високочастотного модульованого коливання виділяється початкове модулююче низькочастотне коливання, відновлюється огинаюча.

За допомогою підсилювача низької частоти (ПНЧ) потужність ЕІС доводиться до рівня, необхідного для оптимальної роботи (гучномовців) кінцевих приладів.

1.4 Аналіз електронних пристроїв за постійним струмом,

в частотній та часовій областях

Зробимо наступний важливий крок для розуміння процесів керування потоками електронів. Для забезпечення необхідних (запрограмованих) шляхів для потоків електронів, за яких досягаються бажані процеси обробки ЕІС, при проектуванні вибираються компоненти з відповідними ВАХ та виконують розрахунки: за постійним струмом, в частотній та часовій областях. При розрахунках за постійним струмом визначаються номінали пасивних компонентів, які забезпечують початкові шляхи протікання електронних потоків та висхідні режими активних приладів.

В залежності від призначення ЕС виділяють два підходи щодо аналізу та оцінки їх спроможності забезпечити запланований алгоритм обробки ЕІС з допустимими спотвореннями.

Високоякісні мікрофони, радіоканали передачі та відтворення звукових сигналів в передавачах, радіоприймачах та каналах звукового супроводження телевізорів повинні рівнозначно передавати всі гармонічні складові акустичних сигналів в діапазоні від 30 Гц до 18 кГц. Така апаратура повинна забезпечувати відповідну смугу пропускання, а для цього при проектуванні, дослідженні та налагоджені виконують її аналіз в частотній області. При цьому як тестові використовуються гармонічні (синусоїдальні) сигнали постійної амплітуди, частота яких змінюється в досліджуваному діапазоні. Такі сигнали подаються на вхід пристрою чи системи, а на виході досліджується реакція – коефіцієнт передачі (підсилення/ослаблення). В результаті одержують залежність коефіцієнта передачі електронної апаратури від частоти гармонічних складових ЕІС. Таку залежність називають амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ). Вана дозволяє оцінити спроможність схеми чи системи передавати ЕІС з допустимими частотними (лінійними) спотвореннями. В подальшому при аналізі підсилювачів на дискретних компонентах та ІМС постійно будемо користуватись АЧХ, а тому пропоную глибоко опанувати цим поняттям, щоб завжди бути готовим грамотно скористатись цим інструментом. Згадані спотворення називають лінійними тому, що вони викликані наявністю в схемах як передбачених так і паразитних частотозалежних лінійних елементів – конденсаторів та індуктивностей .

В частотній області зазвичай аналізують аналогові (лінійні) пристрої.

В імпульсних та цифрових системах одним із важливих параметрів є швидкодія. Для визначення цього параметра використовують спеціальні тестові (східчасті) сигнали, які подаються на вхід електронного пристрою. Порівнюючи реакцію на виході схеми із тестовим сигналом, визначають параметри та характеристики схеми та її спроможність реагувати в часі на ЕІС та передавати імпульси необхідної тривалості з допустимими спотвореннями. Так роблять не лише при теоретичних розрахунках, але і під час настроювання апаратури.

Для оцінки швидкодії як тестові використовують сигнали, що описуютьсясхідчастою функцією, або прямокутні імпульси. При цьому реакція схеми являє собою характеристику, яка дозволяє визначити тривалість переходу схеми з одного стану в інший і дає можливість оцінити швидкодію. Таким чином імпульсні та цифрові схеми досліджують у часовій області, що дозволяє оцінити спотворення імпульсів. Реакція схеми на східчастий сигнал, тобто зміна в часі вихідного сигналу являється перехідною характеристикою. Такі характеристики використовують як ефективний інструмент для аналізу швидкодії імпульсних та цифрових схем, а також оцінки спроможності широкосмугових підсилювачів передавати (підсилювати) імпульси з допустимими спотвореннями.

Важливо усвідомити однозначний зв`язок АЧХ та перехідної характеристики: чим ширша смуга частот електронної апаратури, тим вища швидкодія (менша тривалість перехідних процесів) і менші спотворення імпульсних сигналів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Активні компоненти – електронні прилади	\|	Відносні та логарифмічні коефіцієнти підсилення

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.