Загальна структура і типи перетворювачів сигналів - раздел Образование, Основи радіоелектроніки
Перетворення Електричних Сигналів Поряд З Їх Виділенням Та Пі...
Перетворення електричних сигналів поряд з їх виділенням та підсиленням є однією з основних функцій радіоелектроніки. Існує два виду перетворення сигналів: логічне перетворення цифрових сигналів і спектральне — аналогових. Обидва вони принципово необхідні для функціонування радіоелектронних пристроїв. Логічні перетворення є основою побудови всіх комбінаційних та послідовних схем цифрової техніки, а на
Рис. 6.1. Узагальнена структурна схема перетворювача електричних сигналів
перетворенні спектрів сигналів ґрунтуються багатоканальність і якість передавання та приймання інформації. Крім того, в радіоелектроніці використовують перетворення аналогових сигналів на цифрові (АЦП) і цифрових на аналогові (АЦП), для чого застосовують логічні схеми.
Незважаючи на те, що цифрові сигнали перетворюються за законами алгебри логіки, а аналогові — лінійним перенесенням їхніх спектрів з однієї ділянки частот до іншої, для технічної реалізації обох видів перетворень треба мати чотириполюсник, провідність якого Y(і) можна змінювати зовнішнім діянням, і не менш як два сигнали на його вході, один з яких можна вважати керувальним провідністю чотириполюсника (рис. 6.1). Такий чотириполюсник можна побудувати на нелінійних або параметричних елементах. Підсилення, яким може супроводжуватись перетворення сигналів, не відіграє принципової ролі, тобто у найпростішому випадку всі види перетворювачів можуть бути побудовані на діодах.
Серед логічних перетворень є кон'юнкція, диз'юнкція та інверсія, а серед спектральних — модуляція, демодуляція і перетворення (множення) частоти. Окремі випадки цих перетворень — інверсія та множення частоти — можуть розглядатися як такі, при яких обидва вхідних сигнали однакові. Для виділення корисних сигналів при спектральних перетвореннях на виході перетворювача застосовують електричні фільтри (селектори).
Розглянемо елементи теорії перетворення спектрів електричних коливань на прикладі проходження двох монохроматичних сигналів з частотами ω1 й ω2 через нелінійне електричне коло, ВАХ якого можна записані у вигляді степеневого полінома
(6.1)
Обмежимося випадком малого рівня сигналів з нульовими початковими фазами, коли РТ розташовується на квадратичній ділянці ВАХ перетворювача.
Якщо на вході такого перетворювача діє сигнал
(6 2)
то на його виході маємо струм
(6.3)
У складі струму, описаного виразом (6.3), можна виділити (рис. 6.2 постійну складову
(6.4)
складові вихідних частот
(6.5)
складові подвійних частот
(6.6)
складові комбінаційних частот
(6.7)
Корисний ефект перетворення сигналу полягає саме в здобутті комбінаційних частот, решта ж складових, показаних на рис. 6.2, є зайвими і стають завадами при виділенні корисного сигналу. Таким чином, перетворення спектра сигналу полягає у перемноженні двох коливань, одним з яка є перетворюваний сигнал, а іншим — напруга допоміжного генератора.
Другий різновид перетворення сигналів на нелінійному елементі був при досить
Рис. 6.2. Діаграма спектрів сигналів на вході (а) і виході (б) перетворювача з квадратичною ВАХ
високому рівні амплітуд вхідної напруги 
. У цьому разі зручніше апроксимувати ВАХ елемента ламаною лінією, на якій розташовується так, що за відсутності сигналу струм через лінійний елемент не проходить. Миттєві значення струму при цьому — імпульси із змінним значенням кута відсікання 
. Розвинення цих імпульсів у ряд Фур'є з використанням коефіцієнтів гармонік Берга (5.20) можна дістати математичний вираз, що містить комбінаційну складову перетворюваного сигналу. Необхідною умовою розглянутого різновиду перетворення сигналів на нелінійному елементі є досить велика амплітуда сигналу коливання високої частоти достатня для того, щоб при постійній напрузі зміщення забезпечити проходження струму через нелінійний елемент з використанням лінійної частини його ВАХ.
Перемноження напруг двох сигналів може відбуватися також у лінійному (відносно одного з них) параметричному електричному колі. Якщо є параметричний чотириполюсник (див. рис. 6.1), провідність якого 
можна змінювати діянням, наприклад, зовнішнього джерела напруги U2, то при підведенні до входу 1 напруги сигналу UІ =Um1соsω1t матимемо лінійний процес перемноження двох коливань у вигляді струму на виході iвих .
Нехай напруга зовнішнього джерела U2 =Uт2соsω2t, а провідність чотириполюсника змінюється під її дією за законом 
(де Кч — коефіцієнт передачі чотириполюсника). Тоді
(6.8)
Таке перетворення спектра сигналу називають параметричним.
Власне кажучи, за умови Uт1<<Uт2 нелінійне перетворення сигналу можна розглядати як параметричне: коли напруга Uт1 дуже мала, нелінійний елемент відносно неї можна вважати лінійним, а під дією напруги Uт2 положення РТ елемента за законом її зміни в межах квадратичної ділянки ВАХ чотириполюсника змінюється.
Нелінійне перетворення сигналів найчастіше здійснюють з використанням напівпровідникових діодів і транзисторів у нелінійному режимі їхньої роботи. Параметричні перетворювачі будують на спеціальних параметричних елементах: варикапах, реактивних транзисторах, штучних мікросхемних еквівалентах реактивних схем (наприклад, гідраторах), п'єзокерамічних резонаторах з параелектрика тощо.
Все темы данного раздела:
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ
АЛП – арифметико-логічний пристрій
АМ – амплітудна модуляція
АРП – автоматичне регулювання
АХ – амплітудна характеристика
АЦП – а
ПЕРЕДМОВА
Політехнічна і практична спрямованість підготовки майбутніх учителів фізики значною мірою залежить від опанування ними необхідного обсягу знань та практичних умінь стосовно загальнотехнічних дисцип
Сигнали та їхні параметри.
Сигнал — це будь-який фізичний носій інформації, кількісні характеристики змінюються з часом. Це фізичний процес, здатний діяти на органи чуття людини або технічні пристрої (
Сигнали повідомлення
Реальні сигнали повідомлення (наприклад, електричні сигнали мови, музики, зображення) є випадковими неперіодичними функціями часу. Для спрощення аналізу вважаємо їx складними періодичними детерміно
Дискретизація аналогових сигналів повідомлення
Якщо аналогові сигнали, задані функцією , розглядати в кінцевому проміжку часу, то зовсім не обов'язково враховувати всю нес
Багатоканальна передача інформації
Розглянуті аналогові і цифрові сигнали повідомлення можуть бути використані для передачі по лінії зв'язку одночасно тільки одного повідомлення. Такий зв'язок називається однокана
Деталі й елементи радіоелектронних кіл
Будь-який складний радіоелектронний пристрій складається з обмеженого набору відносно простих деталей, які при з'єднанні утворюють електричні кола. Електричне коло — це сукупність з'єднаних
Схеми радіоелектронних пристроїв
Для побудови, аналізу й унаочнення радіоелектронних пристроїв користуються різноманітними схемами, найпоширенішими з яких є структурні, функціональні, принципові (повні), монтажні (
Аналіз властивостей радіоелектронних кіл
Існує кілька способів аналізу властивостей радіоелектронних кіл: аналітичні, графічні, графоаналітичні. Залежно від схеми, режиму її роботи, виду сигналу, цілей аналізу вибир
Чотириполюсника
Розглянемо навантажений чотириполюсник (див. рис. 2.6, б), в якому значення струму на виході замінимо за законом Ома . Тоді система рівнянь
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Діелектричних матеріалів
Найпоширенішими радіодеталями як у дискретному, так і в інтегральному виконанні є резистори та конденсатори, які виготовляють з різноманітних провідникових матеріалів з використанн
Резистори
За зонною теорією провідності до напівпровідників належать речовини, в яких ширина забороненої зони не перевищує 3 еВ, або такі, питома електропровідність яких лежить у межах від 10
Електронно-дірковий перехід і його властивості. Напівпровідникові діоди
Розглянуті вище властивості однорідних напівпровідників використовуються лише для побудови напівпровідникових резисторів. Більшість же напівпровідникових приладів й елементів мікрое
Транзистори
Транзистором називають напівпровідниковий прилад, що має три виводи (електроди) і здатний підсилювати потужність сигналу.
Назва приладу походить як словосполучення від двох англі
Електровакуумні прилади
Найпростіший електровакуумний прилад — діод (рис. 3.22, а) має вигляд балона, тиск повітря в якому не перевищує 10–7…10–8 мм. рт. ст., де знаходя
Чотириполюсники
Розглянуті в п. 3.5 та 3.6 активні елементи радіоелектронних кіл мають різну фізичну природу, будову і принцип дії, але в радіоелектронних пристроях вони виконують одну й ту саму фу
Транзисторів та електронних ламп
Режим роботи транзисторів й електронних ламп забезпечується початковим положенням РТ на їхніх ВАХ, яке визначається значеннями постійних напруг на електродах за відсутності сигналу.
Напівпровідникові інтегральні мікросхеми
Розглянуті радіодеталі – резистори, конденсатори, діоди, транзистори, електровакуумні прилади тощо – складають дискретну елементну 6азу радіоелектроніки. Кожна з цих деталей виготов
Мікроелектроніку
Підвищення рівня інтеграції мікросхем І пов'язане з ним зменшення розмірів елементів мають свої межі. Наприклад, Інтеграція більш як 10е елементів в 1 см3 кристала стає вже ек
Електронно-променеві прилади
Електронно-променевими називають електровакуумні прилади, в яких для перетворення сигналів інформації використовують потік електронів у вигляді гостро сфокусованого променя або пучка пром
Типи електричних фільтрів
Однією з поширених операцій, що виконуються в радіоелектронних колах, є виділення певного сигналу або частини його спектра з сукупності інших сигналів та завад. Для цього використо
Властивості найпростіших RС-елементів
Для виділення сигналів у найпростіших RС-фільтрах використовується залежність реактивного опору конденсатора, а разом із ним і коефіцієнта передачі чотириполюсника, від частоти. Для поліпшен
Вибірні властивості коливального контуру
Резонансні фільтри, або -фільтри, складають з коливальних контурів, тобто з каскадно з’єднаних реактивних елементів різного виду. В них заб
Загальна структура і типи підсилювачів
Підсилення — це найпростіший і базовий вид будь-яких перетворень електричних сигналів. Навіть у тих випадках, коли для виконання основної функції (наприклад, перетворення спектрів сигналів) досить
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Резонансні підсилювачі
Ці підсилювачі найчастіше використовуються для виділення та підсилення радіочастотних сигналів. Це — суто вузькосмугові вибірні підсилювачі, основними параметрами яких є максимальний коефіцієнт під
Підсилювачі потужності
Ці підсилювачі призначені для забезпечення потрібної потужності сигналу на опорі навантаження при мінімальному значенні коефіцієнта нелінійних спотворень і максимальному ККД. Підсил
Підсилювачі постійного струму й операційні підсилювачі
Якщо миттєві значення сигналу змінюються дуже повільно, то нижня гранична частота смуги пропускання підсилювача має прямувати до нуля. З цією метою каскади підсилювачів з'єднують мі
Модуляція і схеми модуляторів
Модуляція — це процес, завдяки якому з використанням допоміжного коливання спектр керувального сигналу переноситься до ділянки вищих частот із метою здійснення багатоканальної передачі інфор
Демодуляція і схеми детекторів
За визначенням демодуляція (детектування) сигналу — це процес, зворотний його модуляції. Згідно з п. 6.1 детектування може відбуватися як у параметричних (синхронне детектува
Перетворення і множення частоти
Перетворення частоти — це лінійне перенесення спектра радіосигналу з однієї області частот в іншу, як правило, більш низькочастотну. При цьому форма обвідної модульованого сигналу та його
Логічні перетворення цифрових сигналів і базові логічні елементи
Логічні перетворювачі електричних сигналів є основою побудови всіх цифрових схем і пристроїв. За формальними ознаками вони підпадають під узагальнену структурну схему (див. рис. 6.1
Загальна структура і типи генераторів
Генератори електричних коливань перетворюють енергію джерела живлення на енергію змінного струму, частота якого визначається параметрами коливальної системи. Існують різні способи г
Автогенератори з коливальним контуром
Автогенератор із коливальним контуром — це резонансний підсилювач з колом 33, побудований за трансформаторною, автотрансформаторною або ємнісною схемами. Підсилювач може бути
Підсилювачах
Застосування автогенераторів з коливальним контуром має обмеження як при надвисоких частотах, так і при низьких. із зростанням частоти розміри коливальної системи зменшуються настіл
Генератори релаксаційних коливань
Генераторами релаксаційних коливань називають такі джерела періодичних імпульсних сигналів, в основі роботи яких лежить періодичне накопичення енергії від джерела постійного струму в ємно
Тригери
Тригером називають пристрій, що має два стійких стани рівноваги і здатний стрибком переходити з одного стану стійкої рівноваги в інший під дією зовнішнього (керувального) сигналу запуску.
Використовуваних радіочастот
Першим технічним застосуванням радіоелектроніки було передавання інформації на відстань за допомогою електромагнітних хвиль, або радіохвиль. Для його здійснення треба, утворити кана
Радіопередавачів
Структурні схеми радіопередавачів, їхні конструкції та принципові схеми значною мірою визначаються основними технічними показниками: призначенням і місцем експлуатації; потужністю сигналу в антені
Радіоприймачів
Усі радіоприймачі можна поділити на дві великі групи: побутові та професійні. Перші призначені для приймання програм радіомовлення і телебачення. Ними користується нас
Особливості побудови деяких елементів радіоприймачів
Ці особливості пов'язані з широкодіапазонністю радіоприймачів як за частотою, так i за динамічністю сигналів на вході. Висока якість приймання потребує в цих умовах зберіганн
Принципи телебачення
Сукупністъ оптичних, електронних i радіотехнічних пристроїв, за допомогою яких зображення перетворюєься на електричні сигнали, після чого вони передаються на відстань, синтезуються
Структурні схеми монохромних телевізорів
За принципом дії телевізійні приймачі можуть бути прямого підсилення i супергетеродинні. Вони можуть бути побудовані за дво- або одноканальною схемою. Із збільшенням кількості телев
Принципи радіолокації
Радіолокація — це галузь радіоелектроніки, за допомогою якої при використанні електромагнітного випромінювання виявляють, визначають місцеположення у просторі, напрямок i швидкістъ руху (
Радіолокація неперервним сигналом
Найперші РЛС були саме доплерівськими станціями неперервного випромінювання. Спрощену структурну схему такої станції показано на рис. 10.2. Станція складається з генератора високоча
Радіолокація імпульсним сигналом
На рис. 10.4 зображено спрощену структурну схему імпульсної РЛС. Її роботою керує генератор синхроімпульсів ГСІ. Від його дуже коротких імпульсів у вcix блоках РЛС починається відлі
Конструктивні особливості окремих елементів РЛС
Виявлення та визначення координат i параметрів руху об'єктів у просторі за допомогою електромагнітних хвиль — досить складна суперечлива технічна проблема, однією з основних умов ус
Оброблення цифрової інформації
Електронні обчислювальні машини (комп'ютери) — це засоби перетворення інформації, які є програмованими автоматами.
Існують машини для оброблення інформації в аналоговій формі та
Апаратні засоби ЕОМ
Будь-яка ЕОМ складається з електронних операційних пристроїв, що виконують операції, задані програмою, і генерують, транспортують та перетворюють електричні імпульси, якими позначен
Комп’ютерні мережі
З'єднання кількох комп’ютерів у систему значно розширює можливості користувачів. Для організації комп’ютерної мережі в кожному комп’ютері встановлюється спеціальна плата — мережний адаптер. У мереж
Основні типи комп’ютерів
Практично всі типи ЕОМ побудовано за принципами і схемою, розглянутими вище. Проте залежно від конкретних сфер застосування вони різняться кількісними характеристиками, структурою а
Основні операційні елементи обчислювальної техніки
Як зазначено при розгляді апаратних засобів обчислювальних систем, оброблення цифрової інформації полягає у виконанні елементарних операцій з електричними імпульсами, що відтворюють
Питания радіоелектроніки в курсі фізики i спецкурсах
Вивченню питань радіоелектроніки в структурі базового курсу фізики приділяється значна увага. В шести великих розділах завершального ступеня навчання i майже десяти лабораторних роб
Радіоелектроніка у кабінеті фізики i засобах навчання
Кабінет фізики сучасної загальноосвітньої школи досить насичений радіоелектронною апаратурою та обладнанням. Його можна поділити на такі основні групи: навчальні моделі для вивчення
Радіоелектроніка в позакласній роботі
Через те, що радіоелектроніка оточує нас у повсякденному житті, завдяки багатьом своїм загадковим явищам та ефектам i різноманітності застосування вона викликае жвавий інтерес навит
Елементи радіоелектроніки в технічній творчості школярів
Однією з найбільш гнучких та ефективних форм опанування теоретичних знань радіоелектроніки i набуття практичних навичок школярами є фізико-технічний гурток або факультатив, що пєедн
ТА РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1.Алгинин Б. Е. Кружок электронной автоматики.— М.: Просвещение, 1990. —192 с.
2.Бобровников Л. 3. Радиотехника и электроника. — М.: Недра,
Новости и инфо для студентов