• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Приклад 2 9 страница

де - відносна амплітуда залишку носійного коливання.

Напруга на виході помножувача дорівнює

За допомою ФНЧ з одержаної суміші можна відфільтрувати корисне коливання з частотою .

У відповідності з структурною схемою перетворювача спектра, найпростіший АМ детектор, поданий на Рис. 13.25, містить нелінійний елемент – напівпровідниковий діод та RC фільтр нижніх частот. Коли миттєве значення вхідної напруги перевищує вихідну напругу, відбувається дозаряд конденсатора, у інший час – його розряд через опір навантаження. Стала часу заряду дорівнює де - прямий опір діода, послідовно з’єднаний з внутрішнім опором джерела вхідної напруги. Стала часу розряду є значно більшою за , бо завжди . Форми напруг та струму у схемі для випадку

подані на Рис. 13.26. Струм наближається за формою до періодичної послідовності косинусоїдних імпульсів. Як видно з рисунку, за умови , кут відсікання і, відповідно, форма і значення вихідної напруги залежить від сталої часу кола навантаження.

Вибір сталої часу, точніше, значення ємності навантаження залежить від призначення пристрою. У разі використання пристрою як випрямляча, мета полягає у одержанні сталої напруги з мінімальним рівнем змінних складових, які у цьому випадку називаються пульсаціями випрямленої напруги. У цьому випадку збільшення ємності навантаження обмежується тільки конструктивними та вартісними міркуваннями.

Схемотехнічний шлях зменшення ємності навантаження та зниження рівня пульсацій полягає у зменшенні часу розряду конденсатора С, чого можна досягти, наприклад, використовуючи для заряду ємності обидва напівперіоди вхідної напруги. Такий випрямляч, зібраний за схемою Гретца, поданий на Рис. 13.27. Схема містить трансформатор, до вихідної обвитки якого під’єднано «місток» з чотирьох діодів, які утворюють шлях для зарядового струму протягом обох напівперіодів вхідної напруги. Для одного напівперіода, позначеного на схемі знаком «+», коло заряду утворене діодами VD1, VD4, для другого напівперіода, позначеного знаком «-» - діодами VD2, VD3 (стрілками біля діодів показані напрями струмів у них). В обох випадках цей струм однакової полярності заряджає конденсатор С. Напруги у різних точках пристрою подані на Рис. 13. 28.

Вимоги до ємності конденсатора навантаження змінюються під час використання пристрою для демодуляції АМ коливання. У цьому випадку мета кола навантаження полягає у відслідковуванні змін обвідної носійного коливання. Тому стала часу RC обирається, враховуючи швидкість зміни обвідної, яка залежить від частоти і глибини m модуляції. Для найбільшої швидкості зміни обвідної АМ коливання можна одержати вимогу до сталої часу -.

На Рис. 13.29 подано форми напруги на вході і виході АМ детектора у випадку, коли стала часу обрана з порушенням наведеної вимоги. Вихідне коливання детектора у цьому разі набуває нелінійних спотворень.

АМ коливання потрапляє на вхід детектора після частотної селекції, виконуваної коливальним контуром, до якого підімкнено детектор. Частотновибіркові властивості контуру залежать від вхідного опору детектора на частоті носійного коливання

де - амплітуда першої гармоніки вхідного струму детектора, частота якої дорівнюї частоті носійного коливання. У квазілінійному наближенні

Для малих кутів відсікання та за умови вважають, що

Співвідношення дозволяє визначати смугу прозорості навантаженого детектором коливального контуру.

13.2.3.2. Частотні детектори

Частотний детектор перетворює миттєве відхилення частоти сигналу у миттєве значення напруги і використовується для демодуляції ЧМ коливань та у системах автоматичного підстроювання частоти генераторів. Найпростіші ЧМ детектори працюють за принципом перетворення ЧМ коливання у АМ і подальшого детектування АМ. Перетворення ЧМ у АМ можна виконати за допомогою розстроєного контуру. Схему такого детектора подано на Рис. 13.30, а. Резонансна частота контуру обирається таким чином, щоб середня частота ЧМ коливання опинилася на середині зростаючої або спадної ділянки його АЧХ (див. Рис. 13.30,б). Тоді миттєві зміни частоти вхідного коливання перетворюються на виході контуру на пропорційні зміни його амплітуди. Частотна модуляція коливання також залишається, але подальший АМ детектор реагує тільки на зміну миттєвих значень обвідної. За рахунок значної нелінійності АЧХ контуру така схема додає нелінійних спотворень до демодульованого коливання.

Більш досконала схема, подана на Рис. 13.31,а, складається з двох розстроєних АМ детекторів, ввімкнених назустріч. Резонансні частоти контурів і носійна частота ЧМ коливання співвідносяться як Залежності амплітуд напруг на контурах від частоти показані на Рис. 13.31,б пунктирами. Суцільною лінією подана залежність від частоти вихідної напруги, яка є різницею напруг на виходах АМ детекторів, зібраних на діодах VD1, VD2 та фільтрувальних RC-колах.

Детектування ЧМ коливань з використанням фазових співвідношень між напругами у коливальному контурі можна виконати у фазочастотному дискримінаторі, схему якого подано на Рис. 13. 32,а. Пристрій містить високочастотний трансформатор з узгодженим ввімкненям трьох навиток, де утворюють коливальний контур, налаштований на середню частоту ЧМ коливання. В результаті з’єднання навиток з діодами на їхніх полюсах діють напруги . Напруга є синфазною з вхідною напругою, а напруга має фазовий зсув, залежний від різниці миттєвої частоти коливання на вході та резонансної частоти контуру. Якщо частота вхідного коливання дорівнює резонансній частоті контуру, його опір є чисто активним. Тому струм у контурі синфазний з напругою , а напруга на індуктивності випереджає струм у контурі і, відповідно, напругу на . Векторну діаграму напруг для цього випадку подано на Рис. 13. 32,б. Як видно з діаграми, напруги на діодах мають однакові амплітуди. Тому Під час зміни частоти змінюється зсув фаз між струмом і напругою в контурі і, відповідно, значення напруг На Рис. 13.32,в зображено векторну діаграму для випадку, коли Як видно, тобто вихідна напруга залежить від частоти, що свідчить про ефект частотного детектування.

Під час проходження ЧМ коливання через канал зв’язку виникає паразитна АМ за рахунок нерівномірної АЧХ у смузі прозорості каналу. Розглянуті частотні детектори рівною мірою реагують і на ЧМ, і на АМ. Тому на вході ЧД завжди застосовують обмежувач амплітуди коливання, який усуває паразитну АМ.

13.2.3.3. Фазові детектори

Фазові детектори перетворюють миттєве значення зсуву фаз двох коливань у напругу. Використовуються для демодуляції фазомодульованих сигналів та для визначення фазових характеристик пристроїв у вимірювачах параметрів кіл. За структурою фазовий детектор подібний до синхронного детектора, розглянутого у Розділі 13.2.3.1, і містить помножувач двох коливань та фільтр НЧ. На входи помножувача подаються сигнал із змінною фазою та опорне коливання тієї ж середньої частоти із сталою фазою. Вихідна напруга помножувача має вигляд

На виході фільтра НЧ буде коливання

Лінійну залежність вихідної напруги від фази можна одержати, якщо перемножувати «меандри» тих же частот, тобто перед множенням необхідно обмежити вхідні коливання за амплітудою.

Схема формування опорного коливання залежить від призначення пристрою, у якому застосовується фазовий детектор. У випадку вимірювача фазових характеристик, опорним коливанням є коливання на вході досліджуваного пристрою. Тоді низькочастотна напруга на виході фазового детектора є пропорційною зсуву фази, що вносить досліджуваний пристрій.

У разі демодуляції ФМ коливання виникає проблема формування всередині детектора коливання із сталою середньою частотою, яка з точністю до фази дорівнює частоті вхідного коливання. Під час розгляду модульованих коливань визначалося, що у переважній більшості використовуються фазоманіпульовані коливання, тобто коливання з обмеженою, заздалегідь відомою, кількістю значень фазового зсуву. За цієї умови для формування опорного коливання можна скористатися методом множення-ділення частоти коливання, запропонованим О.О. Пістолькорсом. Суть методу полягає у наступному. Множення частоти фазоманіпульованого коливання у число разів, що дорівнює можливій кількості фазових зсувів, призводить до втрати стрибків фази, тобто одержується коливання, частота якого є гармонікою носійної частоти ФМн коливання, а фазова маніпуляція відсутня. Наприклад, у разі індексу ФМн , коливання має вигляд

Відповідно, після подвоєння частоти, коливання набуває вигляду

Залишається поділити частоту коливання навпіл і одержати опорне коливання. Іншим методом формування опорного коливання є застосування внутрішнього генератора, частота якого налаштовується за допомогою системи фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ), яка керується прийнятим ФМн коливанням.

13.2.3.4. Перетворювачі частоти

Із розглянутих нами функціональних елементів можна зібрати радіоприймальний пристрій, структурну схему якого подано на Рис. 13.33, що містить підсилювач радіочастоти (ПРЧ), детектор (Д), який відтворює закон зміни повідомлення, та підсилювач інформаційного коливання (ПІК). Наведена схема приймального пристрою називається схемою приймача прямогопідсилення (ППП). У ній налаштування на бажану станцію та її частотна фільтрація виконується у ПРЧ керуванням резонансної частоти його контурів. Така схема має ряд суттєвих недоліків, а саме:

1. Недостатню чутливість, пов’язану з неможливістю одержати велике стійке підсилення радіосигналу. Оцінимо необхідне підсилення ПРЧ приймача за умови приймання АМ коливання. На його вході діє напруга з виходу антени, а до виходу підімкнено детектор, тобто амплітуда вихідної напруги ПРЧ повинна бути порядку 0,5 В. Рівень вхідної потужності можна орієнтовно визначити за допомогою формули радіозв’язку

де - потужність передавача, - коефіцієнти спрямованості антен приймача та передавача. У випадку радіомовлення , - довжина хвилі передавача, D – відстань між приймачем та передавачем. Для досить простого випадку

одержимо Р=5,6*10^-9 Вт. За умови R_ВХ=50 Ом,

. Тобто К_ПРЧ=10⁴.

2. Низьку частотну вибірковість, пов’язану із складністю виготовлення багатоконтурних фільтрів із змінною середньою частотою.

3. Налаштування приймача на різні частоти у робочому діапазоні, пов’язана із зміною параметрів АЧХ ПРЧ (смуги прозорості, форми АЧХ).

Ці недоліки можна усунути у супергетеродинному приймачі (СГП), структурну схему якого подано на Рис. 13.34. Він відрізняється від ППП тим, що функції налаштування на обрану станцію та її фільтрація розділені і виконуються у різних функціональних блоках приймача. Для цього використовується перетворення частоти вхідного сигналу, тобто перенесення спектра сигналу на проміжну частоту, де відбувається його основне підсилення і фільтрація.

СГП складається з двох функціональних блоків – ППП, налаштованого на одну частоту, яка називається проміжною, та блоку перетворення частоти, у якому відбувається перенесення спектра обраної станції з носійною частотоюу смугу прозорості ППП.

У ППП застосовано багатоконтурний фільтр (кількість контурів більше 10), що називається фільтром зосередженої селекції (ФЗС), який має АЧХ, наближену до прямокутної, і забезпечує значне придушення сигналів у сусідніх частотних смугах. ФЗС є навантаженням підсилювача проміжної частоти (ППЧ) , що має великий, керований коефіцієнт підсилення. Таким чином, у ППП зосереджено фільтрувальні та підсилювальні властивості приймача, але на одній частоті.

Налаштування на бажану станцію відбувається у блоці перетворення частоти, що містить змішувач та внутрішній генератор з керованою частотою коливання (гетеродин). Саме від гетеродина і пішла назва приймача. Робота змішувача аналогічна роботі амплітудного модулятора, тобто на входи НЕ або ПЕ подаються сигнали зі входу приймача з частотами та синусоїдальне коливання гетеродина відносно великої напруги з частотою . У підсумку на виході змішувача утворюються гармоніки вхідних коливань та складові з комбінаційними частотами . Якщо ППП має середню частоту , то у найпростішому випадку корисною буде складова з частотою

. (13.26)

Спектральна діаграма для цього випадку має вигляд, поданий на Рис. 13.35.

Змінюючи гетеродинну частоту, можна виконувати умову (26) для середніх частот різних станцій, тобто переносячи спектр обраних станцій у смугу прозорості ППП. Таким чином, функція налаштування приймача на обрану станцію у СГП виконується зміною частоти коливання гетеродина.

Основним недоліком СГП є наявність у нього паразитних каналів перетворення з частотами , сигнали яких перетворюються змішувачем на коливання проміжної частоти. Найбільш загрозливим є так званий «дзеркальний» канал приймання з середньою частотою

. (13.27)

Для зменшення підсумкового коефіцієнту передавання приймача на частоті «дзеркального» каналу застосовується преселектор – попередній підсилювач з перестроюваним коливальним контуром, резонансна частота якого змінюється узгоджено із зміною частоти гетеродина за формулою

. (13.28)

Для підвищення чутливості приймача використовують багаторазове перетворення частоти.

13.3. Генератори незгасаючих коливань

13.3.1. Загальні положення

Електромагнітне коло, у якому існують незгасаючі коливання без зовнішньої періодичної дії, називається автоколивальним колом або автоколивальною системою, а коливання у цій системі називаються автоколиваннями. У радіотехніці автоколивальні кола називають генераторами з самозбудженням або автогенераторами. Їх можна розділити на дві групи: - це генератори синусоїдних та несинусоїдних коливань. Друга група інакше називається релаксаційними, розривними або імпульсними коливаннями.

З енергетичної точки зору автогенератор є пристроєм, що перетворює енергію сталого струму джерела живлення на енергію автоколивань. У відповідності з цим, такий пристрій може бути поданий у вигляді схеми з Рис. 13.36. Він повинен містити, по-перше, джерело живлення і, по-друге, коливальну систему як носій автоколивань. Крім того, в пристрій слід ввести додатковий елемент, що керує подачею енергії від джерела у коливальну систему, тобто виконує функцію клапану. Робота цього клапану повинна бути узгоджена у часі з коливаннями, тобто порції енергії повинні вчасно потрапляти у коливальну систему. Своєчасність подачі енергії забезпечує коло зворотного зв’язку.

Форма автоколивань залежить від властивостей коливальної системи. Найпростіший випадок формування автоколивань – це збудження синусоїдних коливань у LC коливальному контурі. Розглянемо властивості таких коливань.

13.3.2. Умови збудження та усталення автоколивань

Розглянемо послідовний коливальний контур, у який ввімкнено нелінійний опір . Схему контуру подано на Рис. 13.37. Власні процеси у контурі описуються рівнянням

Його можна перетворити на диференційне рівняння відносно струму

(13.29)

де (13.30)

- диференціальний опір нелінійного елементу.

За умови, що зміни струму і напруги на нелінійному опорі не виходять за межі лінійної частини його ВАХ, тобто у режимі малого сигналу, можна вважати, що Розв’язавши рівняння (29) як лінійне, одержимо власний струм у контурі

(13.31)

де - початкові амплітуда та фаза коливання.

З виразу (31) видно, що, в залежності від знаку , коливання у контурі можуть або зростати або згасати. Ці випадки подано на Рис. 13.38. Умова зростання, виходячи з (30), має вигляд

(13.32)

або (13.33)

Умова (33) є умовою збудження автоколивань у послідовному коливальному контурі з від’ємним динамічним опором.

У випадку, коли від’ємний динамічний опір під’єднано до коливального контуру паралельно, умову збудження автоколивань можна визначити, перерахувавши паралельний опір у послідовний. Еквівалентний опір паралельного контуру під час резонансу дорівнює

У разі приєднання динамічного опору

Відповідно, послідовний опір контуру буде дорівнювати

(13.34)

Коливання у контурі зростають за умови . Це можливо, враховуючи, що , коли

. (13.35)

Це і є умова збудження автоколивань у паралельному контурі.

Розглянуті схеми з самозбудженням називаються генераторами з внутрішнім зворотним зв’язком. Роль джерела енергії у таких схемах полягає у встановленні робочої точки нелінійного елемента на ділянці з від’ємним динамічним опором. ВАХ з ділянкою від’ємного динамічного опору має, наприклад, тунельний діод, на якому можна реалізувати схему, подану на Рис. 13.39.

Подібні умови збудження синусоїдних автоколивань можна створити у підсилювачі з резонансним навантаженням, охопивши його колом зворотного зв’язку, як показано на Рис. 13.40. Тут до підсилювача з коефіцієнтом передавання напруги

, (13.36)

підімкнено чотириполюсник зворотного зв’язку (ЗЗ) з коефіцієнтом передавання напруги

. (13.37)

У разі розімкнення виходу чотириполюсника ЗЗ, напруга на його виході дорівнюватиме

. (13.38)

Для того, щоб після замикання ЗЗ, у системі виникли незгасаючі коливання, необхідно одночасно виконати дві умови:

1. співпадіння фаз напруг , тобто

(13.39)

2. збільшення напруги порівняно з напругою ,тобто

(13.40)

Початок автоколивань найчастіше пов’язаний з імпульсом струму під час ввімкнення джерела живлення або з дією випадкової флуктуації струму у підсилювачі або від’ємному динамічному опорі. Якщо виконуються умови (33), (35) або пара умов (39), (40), навіть нескінченно малі коливання з часом набувають значень, сумірних з розмахом ВАХ активних елементів кола. Наприклад, у інвертувальному підсилювачі з навантаженням у вигляді коливального контуру, схему якого подано на Рис.13.41, на резонансній частоті , тобто для самозбудження необхідно зробити, щоб у колі зворотного зв’язку. Ця вимога задовольняється зустрічним ввімкненням котушки зворотного зв’язку, яка з контурною котушкою утворює трансформатор з коефіцієнтом трансформації . Таким чином виконуються умови (39), (40).

Конкретна схема підсилювача та кола ЗЗ може бути такою, що умови (39), (40) виконуються для цілого ряду частот. У цьому випадку збуджуються коливання, спектр яких містить ці частоти, тобто коливання набуває складної форми.

Наведений аналіз умов збудження автоколивань зроблено за умови лінійності підсилювача. Він є справедливим тільки для відносно малих струмів і напруг, тобто лише на початковому етапі виникнення коливань. З підвищенням амплітуди коливань починає впливати нелінійність підсилювача або нелінійного від’ємного опору, що призводить до встановлення стаціонарного стану.

Для генератора, який містить добротну коливальну систему, що виділяє першу гармоніку несинусоїдного струму, який спотворився за рахунок впливу нелінійності, можна визначити умови стаціонарності, скориставшись квазілінійним методом.

Наприклад, на Рис. 13.42 подано процес встановлення коливань у схемі, наведеній на Рис.13.39, де як від’ємний динамічний опір використано тунельний діод. Під час збільшення напруги коливання, її значення починають виходити за межі спадної ділянки ВАХ. Це призводить до зміни форми струму, яка наближається до періодичної послідовності прямокутних імпульсів, тобто змінюється спектральний склад струму у напрямку відносного збільшення вищих гармонічних складових порівняно з першою гармонікою. Коливальний контур виділяє з усього спектра тільки першу гармоніку, що перестає зростати пропорційно зростанню напруги. Таку залежність можна подати як збільшення середнього динамічного опору нелінійного елемента

Зростання напруги припиниться за умови

(13.41)

Напруга , при якій виконується рівність (41)

і є амлітудою стаціонарних коливань у генераторі. Залежність середнього динамічного опору тунельного діода від напруги на контурі та умову стаціонарності наведено на Рис. 13.43.

За допомогою того ж квазілінійного методу можна аналізувати умови усталення амплітуди автоколивань і у схемі автогенератора з підсилювачем, поданої на Рис. 13.40. Умовою застосування квазілінійного методу є наявність резонансної системи або у навантаженні підсилювача, або у колі ЗЗ. У обох випадках взаємодію струмів і напруг у автогенераторі можна розраховувати тільки за першою гармонікою, що дорівнює резонансній частоті контуру. У цьому випадку

(13.42)

де - середній коефіцієнт підсилення, розрахований для першої гармоніки і залежний від амплітуди вхідної напруги. З виразу (42) маємо

Читайте також:

1. I. ОБРАЗОВАНИЕ СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ 14 страница
2. А. В. Дудник 1 страница
3. А. В. Дудник 10 страница
4. А. В. Дудник 11 страница
5. А. В. Дудник 12 страница
6. А. В. Дудник 2 страница
7. А. В. Дудник 3 страница
8. А. В. Дудник 4 страница
9. А. В. Дудник 5 страница
10. А. В. Дудник 6 страница
11. А. В. Дудник 7 страница
12. А. В. Дудник 8 страница

Переглядів: 952