Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Радиотехника кафедрсы

 

 

 

 

РАДИОТЕХНИКАЛЫҚ ТІЗБЕКТЕР ЖӘНЕ РАДИОҚАБЫЛДАҒЫШ ҚҰРЫЛҒЫЛАР

 5В071900– Радиотехника,  электроника және телекоммуникация

мамандығының барлық оқу түрі бакалаврларіна арналған

Дәрістер жинағы

 

Алматы 2011 

 

 Құрастырушылар: Байдельдинов У.С., Достиярова А.М: 5В071900  – Радиотехника,  электроника және телекоммуникация мамандығы бойынша  оқитын студенттер үшін арналған дәрістер жинағы «Радиотехникалық  тізбектер және радиоқабылдағыш құрылғылар » - пәнінен. – Алматы:  АЭжБУ, 2011 – 80 б.

 

Бұл дәріс жинағы «Радиотехникалық тізбектер және радиоқабылдағыш құрылғылар»   курсын өз  бетінше оқу  үшін арналған. Дәрісте әртүрлі радиотехникалық тізбектер сипаттамасын  және  радиоқабылдағыш құрылғысының функциональды түйінін  тұрғызу прициптері келтірілген. Дәрістің қажеттілігі процестерді терең түсіну, сондай ақ  радиоқабылдағыш құрылғыларында өтетін процестерді студенттер өз беттерінше  қандай бағытта тақырыптар немесе аспектілер  келтірілгенін қабылдай алу және қай бағытқа көп мән беру керектігіне   осы  дәрістер жинағы көмектеседі.

Дәрістер жинағы курс бағдарламасына сәйкес

Без. 6, әдеб. көрсеткіші. –15 атау . 

 

Пікір беруші: техн. ғыл. канд. доц . Медеуов У.И.

 

          «Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының  2011 ж. баспа  жоспары бойынша басылады.

 

 

        ©  «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2011 ж.

  

 

1 Дәріс		Сигналдарды радиотехникалық тізбектерде және жүйелерде түрлендіру	4
2 Дәріс		Сызықсыз радиотехникалық тізбектер	8
3 Дәріс		Сигналдарды сызықсыз тізбектерде  түрлендіру	12
4 Дәріс		Автоауытқу жүйелер	17
5 Дәріс		RC-типті  автогенераторлар	22
6 Дәріс		Сызықты параметрлік тізбектер	25
7 Дәріс		Реактивті параметрлік тізбектер	29
8 Дәріс		Сандық фильтрлар	33
9 Дәріс		Сандық фильтрация алгаритмінің реализациясы	37
10 Дәріс		Баттервортдың және Чебышевтың  сипаттамалары мен   ТЖ  фильтрлар	40
11 Дәріс		ЖФ  және ЖПК  реализациясы	44
12 Дәріс		Радиқабылдағыш құрылғысы туралы жалпы және құрылымдық мазмұны	46
13 Дәріс		Радиоқабылдағыш  бөгеуілдері	49
14 Дәріс	Радиоқабылдағыш құрылғының кіріс тізбектерін оқу		52
15 Дәріс	Әртүрлі диапазондағы КТ		55
16 Дәріс		Жоғарғы жиілікті күшейткіштер	56
17 Дәріс		Жиілік түрлендіргіш.	61
18 Дәріс		Ортақталған және таралған талғағышты аралас  жиілікті күшейткіш.	64
19 Дәріс		Cигналдарды дедекторлеу	67
20 Дәріс		Жиіліктік және фазалық детектор	69
21 Дәріс		Қабылдағыштағы реттеу түрлері	73
22 Дәріс		Автоматты тұрғызу жиілігі.	75
Әдебиеттер тізімі			79

 

 

1 Дәріс. Сигналдарды радиотехникалық тізбектерде және жүйелерде түрлендіру

 

Дәріс мазмұны: сигналдарды радиотехникалық тізбектерде  түрлендіру  әдістері.

Дәріс мақсаты:  - радиотехника дамуына қысқаша тоқталу;

                                        - радиосигналдар сипаттамасын оқу;

                                        - радиотехникалық тізбектер арқылы беріліс әдістерін   

                                           оқу.

 

Радиобайланыс әлемде алғашқы рет 1896 ж. 24 наурызда А.С. Попов шамамен 250 м.қашықтықта ойлап тапты. Попов берілігінде тұрақты тоқ көзі шығысында жоғары кернеу түзілетін, түрлендіргішті көректендіреді. Ол екі салыстырмалы ұзын сымға байланыстырылған; олар разрядты аралықпен бөлінген антенна қызметін атқарды.  

 

 

1.1  сурет– А.С. Попов радиобайланыс желімнің аппаратурасы

 

 

Антенна сымдарындағы кернеу ауалы аралықтың тесу кернеуінен асқанда, разряд пайда болған; айналадағы кеңістікте электромагнитті шағылуды түзетін, антеналы тізбектен өшетін электрлік тербелістер қоздырылды.

Бұл шағылысуды басқару, ол арқылы түрлендіргіш қорек тізбегі тұйықталатын, телеграфты кілт көмегімен жүзеге асырылды. Кілтті басу және ажырату арқыл, Морзе телеграфта әліппесін қолданып, электромагнитті белгілер құруга болатын еді. А.С. Поповтың радиоқабылдағыш құрылғысықабылдағыш антенасынан тұрды, оның тізбегіне когерер – металл қиқымдарымен толтырылған шыны қосылған. Тізбекте айнымалы тоқ пайда болу барысында, қабылдағыш антенада металл ұнтағының бөлек бөлшектерінің жабылуы іске асты, нәтижесінде көгерер кедергілі күрт төмендеді. Когерер арқылы қоздырылған тізбегі немесе телеграф аппаратының жазу механизімінің реле орамы тұйықталды. Когерер кедергілі азаю барысында тізбекте тоқ түзіледі, балға коңырауға соғатын және телеграфты дабыл естілуі немесе аппаратқа жазылуы мүмкін. Кері бағытта қонырау балғасы оның бастапқы қалпын қалыптастыра отырып, когерерді сілкиді. Мұнда көгерер детектор қызметін атқарады, ал қоңырау – соңғы құрылғыны. Мұндай типті қабылдағыш құрылғысын алғаш рет 1895 ж. 7 мамырда  А.С. Попов Петербург химиялық қоғам отырысында демонстрацияланды. Бұл күнді радионы ойлап табу күні деп қабылдаған. Попов өңделген аппаратураны жүзеге асырды және егер бірінші радио берімі бар жоғы 250 м қашықтықта жүзеге асырылса, бір жарым жылдан кейін, ол радиограмманы бірнеше километрге бере алатын болды, ал 1899 ж «Адмирал Апраксин» құтқарылуы бойынша операциясы нда Попов – 40 км қашықтықта радиобайланысты жүзеге асырды. 1901 ж Попов радиостанция көмегімен 150 км қашықтықта байланыс орнатуға болатын, барлық жерде жалынды радиостанциялар пайда бола бастады. Тек Ресейде таңғайжайып жетістіктің үлкен мәнін көруді құптамайтын, патша басқармасының жанама және толық немқұрайлығы  радио дамуын тежеді. 1906 ж американдық түзуші ЛИ де Форит радиотехника үшін жаңа  мүмкіндіктер ашқан, бірінші үш электордты электорды лампаны жасады  1913 ж неміс инженері Мейенер бірінші лампалы генераторды жасады. Пайда болған лампалы генераторлар мен өшпейтін тербеліс күшейткіштері шағын, тұрақты, құрылатын бірілістер мен қабылдағыштар жасау мәселесін шешті, олардың көмегі арқылы, тек қана телеграфты  дабылдар ғана емес, сондай-ақ адам сөзі, ән, көріністі беру және қабылдау мүмкін болды.

В.И. Ленин  нұсқауы бойынша төменгі Новгородта радиотехникалық аппаратураның маңызды өңдеулерін жинайтын, жаңа лаборатория құрылды. Аштық, блокода, экономикалық құлдарау жағдайында М.А. Бони-Бруевич басқаруымен лаборатория жұмысшылар қоғамы бірінші отандық электр лампалар үлгісін жасады және 1920 жылдың өзінде Мәскеу маңындағы Ходын алаңында сол уақыт үшін анағұрлым қуатты радиотелефонды радиостанция салынды.

Ал,  сосын 2 жылдан кейін Мәскеуде әлемдегі ең қуатты радиотаратушы радиостанция салынды. Осы уақыттан Совет Одағы радиотаратушы станциялар қуаты бойынша мүлтіксіз әлемде бірінші орын алады.

Жиырмасыншы жылдардың басында М.А. Бонч-Бруевия жүргізілуі бойынша қуаты 100 к ВТ қа шейін қуатты және аса қуатты генераторлы лампалар өңделді. 1933 ж Мәскеу түбінде Коминтерн атындағы қуаты  500 кВТ радиостанция салынды, ол А.Л. Мину жүргізілуімен инженерлер қоғамымен өңделген. Ұлы Отан соғысы жылдарында әлемде ең қуатты радиостанция жасалды, оның қуаты Коминтерн атындағы радиостанция қуатынан анағұрлым асады.

Отызыншы жылдар соңында және әсіресе екінші дүниежүзілік соғысынан кейін басқа да радиотехника салалары тез дами бастады; көріністі радиотелевидение арқылы жіберу, радио бойынша түрлі объектілерді басқару-телебасқару, шағылған радиотолқын көмегімен ұшақ пен судтарды бақылау-радиолакация, самолет пен судтарды радиоқұралдар көмегімен жүргізу радионавигация.

Радиодабылдарды екі топқа бөлуге болады: ақпараты тасымалдамайтын, түрлі хабарлама көздерінен түсетін, ақпаратты тасымалдау үшін қолданылуы мүмкін детермиленген дабылдар; кездейсоқ заң бойынша өзгеретін және ақпаратты тасымалдайтын басқару дабылдары ереже бойынша, басқару дабылдары хабарламалардың дабыл тасымалдағыштармен салыстырғанда, салыстырмалы төменжиілікті болып табылады. Дыбыстық дабыл, ән, телеграфты код) Байланыстың түрлі желілерінде  арнайы дабылдарды үлкен қашықтыққа тарату (радиоқұбыр, талшықты-оптикалық немесе сымдық байланыс желісі) айтарлықтай мүмкін емес. Бұл түрлі ақпарат тарататын байланыс желісіндегі электрмагнитті толқын тарату ерекшеліктерімен байланысқан, сондай-ақ бір желіде дабылдарды беруге мәжбүр болды. Мұны жіңішке  жиілікті диапазонда орындау мүмкін емес. Бұл шектеулерді жою мақсатында радиотехникалық құрылғыларда модуляция деп аталатын дабылдарды түрлендіру операциясын қолданады.

 Модуляция ретінде хабар таситын, басқару дабылының өзгерістеріне сәйкес толық анықталған дабылдаың қандай да параметрлерінің өзгерісін түсінеді. Параметрлері модуляция барысында өзгеретін, детермиленген дабыл модульденетін немесе тербелісті тасымалдайтын деп атайды. Ақпараты бар басқару дабылын модульдейтін дабыл деп атайды.

Модуляция барысында алынған дабыл модульденген тербеліс деп аталады.

1.2 суретте модуляция дабылы барысында қолданылатын тасымал тербелістерінің келесі түрлері көрсетілген:

а) синус заңы бойынша  гармоникалық тербелістер (1.2.а - суретті қара)

u(t) = U_msin(ωt);

б) тікбұрышты импулсьтер тізбегі ( 1.2.б - суретті қара);

в) тұрақты тоқ (1.2 в - суретті қара);

г) ұзақтығы τ интервалдар бірлігінің тізбегін көрсететін шу тәрізді дабылдар (1.2 г – суретті қара), тікбұрышты импульс  sinx, cosх      және т.б дабылдар пішіні бойынша орналасқан кездейсоқ жағдайға сәйкес.

Мүмкін модуляция түрлерінің  саны сәйкес берілген таситын тербеліс үшін шектелген. Косинус заңы бойынша өзгеретін  таситын дабыл тербелісі ретінде пайдалану барысында (1.2 а суретті қара) (АМ) амплитудалы, жиілікті (ЖМ) және фазалы (ФМ) модуляция дабылдарын алуға болады. Бірінші жағдайда тасымал тербелісінің U_m     амплитудасы модульденетін лездік мәні өзгерісіне сәйкес модульденеді. Екінші жағдайда жиілік модульденеді, үшіншіде-модульденетін  дабылдың лездік мәні өзгерісіне сәйкес фаза. Тасымал тербелісі ретінде тікбұрышты   импульстар тізбегін қолдана отырып (1.2 суретті қара) келесі дабыл модуляция түрлерін алуға болады.

                                  а  -  гармоникалық тербелістер;

       б   -   тікбұрышты импульстар тізбегі;

                                  в  - тұрақты тоқ;

1.2. сурет – тасымалдауыш дабылдар түрлері 

 

а) амплитудалы-импулсьті модуляция (АИМ), онда импульстер амплитудасы модульденеді;

б) ендік-импульсті модуляция (ЕИМ) онда импульстер ұзақтығы модульденеді;

в) жиілікті-импульсті модуляция (ЖИМ) онда импульстер барысының жиілігі модульденеді;

г) фазоимпульсті модуляция (ФИМ) , онда тізбектегі келесі импулстің пайда болу фазасы модульденеді.

Тұрақты  тоқ тасушы ретінде қолдана отырып, модуляцияны пішін бойынша( тоқ шамасы уақыттың әр мезетінде өзгереді) немесе бағыт бойынша алуға болады (уақыттың анықталған мезетінде тізбекте ағатын тоқтың бағыты өзгереді.

Тасымал тербелісі ретінде шу тәрізді дабылдар қолдану, фаза немес амплитуда бойынша модуляцияны алуға болды. Тұрақты тоқ, шу тәрізді дабылдың және тікбұрышты импулсьтер модуляциясы келесі спецификаға ие:

Біріншіден; тек нақты жағдайларды қолданылады; екіншіден,  модуляция  туралы радиотехниа түсініктеріне  анағұрлым қолданысты; үшіншіден, гармоникалық тасымал тербелісінің модуляциясы сияқты бұл дабыл спектрінің өзгерісіне әкеледі. Спектралды көзқарас тұрғысынан модуляция түсінігі модульденетін дабыл секторының жоғары жиілік аймағына тасымалын айтады. (тасымал тербелісінің жиілік аймағына) Модуляция барысында қалыптасқан жоғары жиілікті тербеліс модульденген дабылда негізделген ақпаратты мүлтіксіз көрсету керек, модуляция үрдісі дабыл спектрі өзгерісімен жүзеге асатынына қарамастан өйткені модульденген дабылды электр тізбекте  тек сызықсыз және параметрлі  элементтерді қолдану барысында алуға болады.

Бұл элементтерді қолдану комбинационды бөлшектері бар спектральды құраушыларының пайда болуына әкеледі.

 

  2 Дәріс.   Сызықсыз радиотехникалық тізбектер

    

Дәріс мазмұны: сызықсыз радиотехникалық тізбектер  түрлері.

Дәріс мақсаты:- РТТ дағы сызықсыз түрлендіруді оқу;

                            - аппроксимация түрлерін және сызықсыз элементтер

                              ВАС.

 

Қарапайым сызықсыз тізбек ЭЕҚ дан басқа, сызықсыз кедергіні құрайды оның кедергісі тұрақты шама болып табылмайды, ал тоққа тәуелді. Реактивті элементтер демек, сыйымдылық пен индуктивтіктер тізбекте жоқ. Сондықтан мұндай сызықсыз тізбектің теңдеуі алгебралық б.т.

Сызықсыз кедергінің қасиеті тікелей кедергіден ағып өтетін, тоқтың i оның аяғындағы кернеуге тәуелділігімен анықталады. Бұл тәуелділік Вольтамперлік сипаттама деп аталады және былай i = f(u).                                          жазылады.

Уақыт функциясында керенумен беріліп, тоқты да уақыт функциясы сияқты таба аламыз. Бұл сызбалы немесе аналитикалық түрде жасалынады. Сызбалы құру 2.1 суретте көрсетілген. Суреттің  сол бөлігінде, жоғарыда i=f(u), сызықсыз кедергі сипаттамасы, төменде и=f(t көрсетілген (синусоидалы кернеу таңдалған) Сызба  i=f(t)    екі деректер бойынша жоба құрылысына аналогиялық түрде құрумен алынады. (2.1 суретті, оң жағынан қараңыз,) Тоқ қиығының пішіні керену қиық пішінінен айырмашылығы бар екені. Бұл сызықсыз тізбекке тән және өте үлкен мәнге ие. Кернеу мен тоқ қиықтарының пішіні сызықсыз тізбек жағдайында ғана ұқсас болушы еді, ол уақытты вольтамперлік сипаттама түзу сызықпен көрсетіледі.

2.1 суретте    синусоидалы кернеуге       U₀.   тұрақты кернеуі қойылған. Ол тербеліс жоқ болғандағы I₀ тоғының тұрақты құраушысын анықтайды. Координат сипаттамасындағы нүкте (U₀,I₀) жұмыс нүктесі деп аталады.  өзгерте отырып, жұмыс нүктесін ВАС бойынша жылжытудағы болады.Тұрақты  тоқ құраушысы I₀ тербелііс кезінде тыныштық тоғынан ажыратылады. Бұл  сондай-ақ сызықсыз тізбек үшін тән.

Тізбектегі керенудің таратылуы туралы сұрақты қарастырамыз, онда тізбектей кәдімгі R  кедергі және сызықсыз кедергі қосылған, олар өздерінің ВАС анықталған. Сәйкес құрылу 2.2 суретте көрсетілген.

Сызықсыз кедергінің вольтамперлік сипаттамасы әдеттегідей  (i, и).координаталарында  салынған. Нүктеден абцисса осіне  кернеу тізбегіне салынған сәйкес тік  осіне  α     бұрышында  түзу сызықты кедергі R  дің вольтамперлік сипаттамасын көрсетеді; оның көлбеуі tg α   тікелей кедергі шамасын көрсетеді. Және сан  мәні бойынша  R.  ға тең.

      2.1  сурет–  ВАС НЭ          2.2  сурет– ВАС сызықсыз кедергі

 

  Түзудің вольт-амперлік сипаттамамен қиылысу нүктелерінің  координаталары, біріншіден, тізбектегі тоқты, екіншіден, 2.2 суретте көрсетілгендей, тізбек элементтеріндегі кернеу таралуын көрсетеді.         

 (u_R сызықты кедергідегі керену түзуін көрсетеді, ал  и' — сызықсызда).

Аналогиялық түрде екі сызықсыз кедергінің осы жағдайында кернеу таратылуы туралы мәселені шешеді.

Егер тізбекке қосылған сызықсыз кедергілердің саны екіден асса, онда салуды мақсатты түрде өзгереді 2.3 суретте үш вольтамперлік сипаттама  көрсетілген

Егер сызықсыз кедергілер параллель қосылса, онда нәтижелі кедергінің вольтамперлік сипаттамасы симаттамаларды координаталы салумен алынады. Егер кедергілер тізбектей қосылса, онда нәтижелі сипаттама барлық сипаттамаларда абсицті салумен алынады.

        2.3 сурет – ВАС НЭ                2.4  сурет  – ВАС сызықсыз кедергінің

                                                                             

 

Сызықсыз кедергілерді анықтайық. Қарапайым сызықсыз кедергі кернеу түсуінің одан ағып өтетін тоққа қатынасы сияқты анықталады, демек. R = U/I. Бұл тұрақты тоқ шама. Бірақ сызықсыз кедергі айнымалы шама, және оны әр түрлі анықтауға болады. 2.4 суретте көрсетілген сызықсыз кедергінің вольтампертік сипаттамасы. Егер кедергіге тұрақты U₀  кернеуін берсе онда  I₀; тұрақты тоғын аламыз. Бұл шамалардың тоққа кедергі деп атауға болады: R₌ = U₀/I₀ =tgα.

Графикалық сызбалы тұрде R₌ ағытпа көлбеумен анықталады және бұл шама салынған кернеуге U₀.   Тұрақты кернеуге тоқтың өсуіне лайық Δi. Үлкен емес айнымалы кернеу келетін Δu,  салынған деп есептейік. Айнымалы тоққа кедергі анықтамасын шек R_~ =   lim   Δu/Δi = du/di =1/f’(u) = tg β/   ретінде енгізіледі.

 Мұндай түрде анықталған шаманы дифференциалды кедергі деп атаймыз. Сызбалы түрде кедергі айнымалы тоққа вольтамперлік сипаттамаға  2.4 суретте көрсетілгендей жанаманың көлбеуі көрсетіледі.

 Сызықсыз элементтерді реактивті және резистивті деп бөледі. Реактивті элементтерге энергияның сызықсыз жинаушылары жатады-феррит өзекшесі бар катушка, вариконд, варикап, варактар) сызықсыз сиымдылық параметрлік күшейткіштерде, генераторларда, жиілікті модуляторларда және т.б. кең қолданыс тапты. Басқарылатын резисторлар (төртполюсті) транзисторлар тринисторлар, электрон лампалар.  Басырылмайтын резисторлар (екіполюсті) диодтар, газразрядты аспаптар варисторлар, терморезисторлар. Басқарылмайтын резистордың сипаттамасы бір қисықпен көрсетеледі. Басқарылатынның параметрі басқарушы болып табылатын қисықтар жанұясы.

Сызықсыз элементтер инерционды және инерционсыз болуы мүмкін. Электрлі мағынада инерционды, бірінші гармоника фазасы гармоникалық әсер ету фазасынан болатын сызықсыз элемент т.б.. транзистор диод электронды лампалардағы инерциондық АЖЖ байқалады. Реактивті сызықсыз элементтер инерционды т.б. өйткені электр энергиясын жинауға қабілетті жылулық мағынада инерционды сызықсыз элемент б.т. оның кедергісі одан өтетін температура мен тоққа тәуелді, мысалы, терморезистор.

 Сызықсыз элементтің экспериментті алынған типтік статистикалық сипаттамасы оның параметрлерінің сызбалы есебін жүргізуге мүмкіндік береді. Бұл есептің аса  үлкен және нақты емес. Аналитикалық есеп үшін сызықсыз элементтің статистикалық сипаттамасының матеметикалық көрінісін алу қажет.

 Аппроксимация экспериментті сипаттаманың ерекшеліктерін көрсететін, қарапайым аналитикалық функцияның сипаттама айырмасы.

Аппроксимирленген функцияны таңдау келесі кезеңдерден тұрады.

1)     Аппроксимирленген функцияны таңдау.

2)     Оның коеффициенттерін анықтау.

3)     Функция таңдау нақтылығын тексеру.

          Әдетте барлық сипаттаманы емес, оның жұмыс аймағын аппроксимирлейді. Радиотехника  мен электрбайланыста жиі түрде үздікті сызықты және полиномальді аппроксимация қолданылады.

            Үздікті аппроксимация түрлі көлбеудегі түзу желілердің сипаттамасын үздікпен айырбасымен  көрсетеді. Мұндай айырбас мәндері бір аймақтың басында және басқа аймақтың соңында теңелетін сызықты функциялар көмегімен аналитикалық түрде есеп  жүргізуге мүмкіндік береді. Мұндай тәсілдегі есептеу нәтижелері анағұрлым қателікке ие, бірақ кіріс сигналының үлкен амплитудасында оларды оңтайлы деп есептеуге болады, мысалы жиілік, түзеткіш, күшейткіш көбейтушілерін есептеуде. Аппроксимация  тәсілі кіріс сигналының шамасына тәуелді: кірісіне улкен сигналының сызықсыз элементін бергенде үздікті-сызықты аппроксимация қолданылады, ал аз амплитуданың кіріс сигналында-полиномиальды.

           Полиномиальды аппроксимация дәрежелі полиномның қолданылуын тұжырымдайды. Кез келген түрдегі қисықты координаталары  (u₀, i₀).   Жұмыс нүктелеріне көрсетеді. Сипаттаманың  жұмыс аймағында нүктелерді белгілейді, олардың кейбір саны есептеудің қажет нақтылығына тәуелді және п  коеффициент санына тең. Бұл нүктелердің координаталарын сызбадан анықтайды және аппроксимирленген полиномды қояды.  Белгісіздері бар  теңдеуден алынған жүйені шешу, аппроксимацияны коеффициенттерін  табуға мүмкіндік береді.

           Оларға гармоникалық тербелістер әсер етсе сызықсыз тізбектің талдау тәсілдерін қарастырайық. Электр тізбектеріннің талдау мәселесі белгісіз параметрлер кезінде тізбектегі тоқ пен кернеулерді анықтау т.б.

           Тізбекке әсер ететін кернеудің белгілі пішіні  болғанда, тізбектегі тоқтың пішінін анықтау үшін сызбалы және таңдаулы тәсілдерін қолданады.

           Жобалау тәсілі (сызба тәсілі)  и(t)  белгілі әсер мен сызықсыз элементтің сипаттамасы  бойынша үшінші  жобаны салуға негізделген (2.5 суретті қара). Суреттен  көрінісіндей реакция гармоникалық әсерден ажыратылады. Әсердің бірдей өсімшелеріне әр түрлі реакция өсімшелері сәйкес  екенінде ақулар көрінеді. Ақаулық шамасы сызықсыз элементтің сипаттама түріне сипаттамадағы жұмыс нүктесінің жағдайына, әсер амплитудасына тәуелді. Кіріс сигналының амплитудасы неғұрлым  үлкен болса, соғырлым ақау жоғары. Реакцияны Фурье қатарына қоюға   болады, бұдан ол аса үлкен тербеліс амплитудасы мен негізгі жиілікке  ω,  ие, негізгі гармониканы құрайды, сондай-ақ  2ω, 3ω, 4ω және т.б еселі аз амплитудасы мен жиілігі бар гармоник қатарына ие.

             Ағыту бұрышың  тәсілі сипаттаманың үздікті-сызықты аппроксимациясын енгізеді, одан кейін жобалау тәсілі көмегімен реакция пішінін анықтайды. (2.6 суретті қара)

2.5 сурет–проекция әдіс көмегімен инерционды емес сызықсыз  элемент реакция формасын сызбалы анықтау

2.6 сурет  – ағыту бұрышы  көмегімен инерционды емес сызықсыз элемент  формасын анықтау

 

Сызықсыз  элементтің шығысында, әсердің  сәйкес  максимал мәніне тең  I_max,  амплитудасы бар тоқ импульсі түрінде реакцияны  алды және  ені  20, демек  сызықсыз элемент шығыс тоғының ағытылуымен  жұмыс  істейді. θ — шығыс тізбектегі импульс  тоғының болатын уақытының жартысына тең. Ағыту бұрышы U₀+ U_mcosθ = U_n;   теңдеуінен анықталады; бұдан cosω = (U_n – U₀)U_т, импульс биіктігі i_max = SU_max = SU_m(1 – cosθ).  периодты косинусойдалы импульстердің спектральды  құрамы Фурье қатарының формалары  бойынша  анықталады.

            п ордината тәсілі реакция спектрінің   n бірінші құраушыларының анықтауға мүмкіндік береді. Қалғандары жеткілікті аз деп тұжырымдай отырып (тәжірибеде  п=3 үш немесе  бес  п=5 ордината тәсілін қолдана  қолданады. Бес ордината тәсілін қолдана отырып  аргумент мәнін береді  ωt = 0, π/3; π/2; 2π/3; π. Үш ордината тәсілін қолданса (2.7суретті қара) онда I(t) = I₀ + I₁ cosωt + 1₂cos2 ωt. реакция үш құраушы енгізеді. Аргумент мәндерін біле отырып   ωt,   i_max, i₀, i_min,   үшін жүйе теңдеуін алады, оны шеше отырып, гармоник амплитудасын алады.

 

 

3 Дәріс.  Сигналдарды сызықсыз тізбектерде  түрлендіру

Дәріс мазмұны: АМ-тербеліс, сигналдарды детектрлеу.

Дәріс мақсаты: АМ тербелісті алу және оны детектрлеу мүмкіндіктерін

                             оқу.

 

Гармоникалық таситын тербелістің амплитудасы модуляциясы анағұрлым қарапайым және радиотехникалық  құрылғыда  таралған болып есептеледі. Бұл модуляция кезінде басқарушы сигнал таситын тербелістің   U_m амплитудасына әсер етеді, берілетін хабарламаларға сәйкес оның өзреріс қоздырып отырады. Жиілік ω₀ және АМ кезінде тасушы тербелістің бастапқы фазасы өзгеріссіз қалады.

Модулятор екі көбейткіш сигналдардан тұрады. Амплитудалы модулятордың құрылымдық сұлбасы 3.1 суретте көрсетілген, 3.2 суретте Ам сигналдың қалыптасуы көрсетілген. Модулятордың бірінші кірісіне тасушы тербелістің сигналы түседі, ал екінші кірісне туынды пішіннің басқарушы сигналы түседі.(3.2б суретті қара) а) и_н(t) = U_mcos(ω₀t + φ₀Модуляция үрдісінің түсінігі үшін басқарушы сигнал тональды и_у(t) = U_уcos(Ωt + ψ). болып табылады деп қабылдаймыз

.  

 

3.1 сурет – амплитудалық модулятордың құрылымдық сұлбасы

 

_{Амплитудалы модулятордың шығысында uАМ(t),   сигналы пайда болады, оның жиілігі тасушы тербелістің жиілігіне сәйкес келеді. Тербелістің амплитудасы әр периодта АМ-тербелістің өзгерістері uy(t) басқарушы сигналдың өзгерісіне пропорциал (3.2,б суретті қара) Бұдан басқару сигналының иу(/) мәнін нөлге теңерде модульденген сигналдың тербеліс амплитудасы тасушы тербелістің Um амплитудасы тасушы  тербелістің амплитудасына тең. Нөлге тең емес болғанда uy(t) АМ-тербеліс +Um и –Um,   теңдеулеріне қатысты өзгереді, басқаратын сигналдың өзгерістерін қайталай отырып, Ам-тербелістері формуламен сипаттауға болады.}

 

 u_АМ(t) =  U_m[1 + m_АМ cos(Ωt + ψ)]cos (ω₀t + φ₀),                                    (3.1)

 

мұнда  u(t) =  U_m[1 + m_АМ cos(Ωt + ψ)] –  модульденген сигналдың иіндісі

         Ақаусыз Ам-сигналын алу үшін, амплитудалы  модуляция коэффциенті  m_АМ ≤ 1 (  3.2,  сурет қара )  шартына жауап беруі қажет. m_АМ > 1  кезінде қайта модуляция үрдісі жүреді. Бұл үрдістің нәтижесінде модульденген сигналдың иілу v{t) пішіні ақауланады. (3.2.2 суретті қара)  Ол ақпараттың жоғалуына немесе оның сапасыз берілуіне әкеледі.

–а — тасушы тербеліс; б — басқарушы  сигнал ; в, г —  т_АМ < 1 және  т_АМ > 1  сәйкес модульденген сигнал. 3.2 сурет - АМ сигналдың қалыптастыру

 

 

 (3.1) өрнекті қолдана отырып АМ тербелістің спектрін қарастырайық. Бұл өрнекте екі гармоникалық құраушы бар. Олардың біреуі  ω₀ жиілігімен u_н(t), амплитудасы мен  φ₀,  бастапқы фазасына ие тасушы тербелісті сипаттамайды, ал  Ω — жиілігі бар басқасы u_y(t)  амплитудасы мен бастапқы фазаға  ие басқарушы сигнал тональді т.б. , ол бір жиілікке  сәйкес  өзгереді. Ереже бойынша, модуляция құрылғыларында  шарты орындалады. Осыны ескеріп 3.3 суретте таситын тербеліс пен басқару сигналының амплитудалары мен бастапқы фазалары көрсетілген.

Ам тербелісінің спектрін талдау мақсатында  (3.1)  өнекке матикатикалық түрлендірудің қатары қолданысты: біріншіден, тік жақшаларды ашамыз;

Екіншіден, косинустардың көбейтіндісін жинастырамыз және (3.2) аламыз.

 

u_АМ(t)=U_mcos(ω₀t+φ₀)+m_АМU_mcos[(ω₀+Ω)t+φ₀+ψ]+

+  m_АМU_mcos[(ω₀–Ω)t+φ₀–ψ].                                                               (3.2)

 

               3.3 Сурет- Амплитуда (а)                  3.4  Сурет тоналдік модуляция                          

  және  тасымалдаушы тербеліс           кезінде  спектр амплитуда және            

   және басқару сигналдың                        АМ тербеліс спектр фазасы

        бастапқы фазасы                                                  

                                                                                                             

                                                 

Детектрлеу-модульденген дабыл алу мақсатында  модульденген тербелісті түрлендіру үрдісі. Модульденген дабылдар үздіксіз, сондай-ақ үздікті болуы мүмкін.

Гармоникалық заң бойынша өзгеретін тасушы тербелісті қолданғанда модульденген параметрлер, ретінде амплитуда, жиілік және дабыл фазасы шығуы мүмкін. Гер тасушы тербеліс тікбұрышты импульстардың тізбегі болса, онда модульденген параметрлер амплитуда ұзақтық, басталу уақыты және импульстердің жүру кезеңі:

Модульденген тербелістер спектральды құраушылардың толық жиыны болуы  мүмкін, сондай-ақ  бір бүйір сызықпен немесе тасушы тербелістің спектральды құраушысы болуы мүмкін.

Модуляцияның әр түрлі детектрлеумен амплитудалы, жиілікті және фазалы т.б. детекторлар құру үрдісін ұйымдастыруда өз барысын қажет етеді. Ам-тербелістің детектрлеу үрдісінде модульденген дабылдың спектральды  құраушыларын таңдау қажет, олардың жиілігі диапазонда жатыр.

ВАС-ның резисторларын қолданып орындауға болады. Бұл  резисторлар ретінде жартылай өткізгішті диодтар, транзисторлар, электровакуумды аспаптар болуы мүмкін. 3.5 суретте  жартылай өткізгішті диодтан  конденсатордан және резистордан тұратын амплитудалы детектордың сұлбасы көрсетілген. Оның жұмыс істеу принципі жиіліктердің шегін құруға негізделген, сигналдың спектральды құраушыларының көптеген тобы диод шығысында.

Келесі нөлдік жиіліктің аймағында орналасқан спектральды құраушылар  сыйымдылығы мен резисторында орындалған төменгі жиіліктер фильтры т.б. Төменгі жиіліктер фильтрінің  элемент параметрлерін таңдау бір уақытта екі шартты қанағаттандыруы қажет:

 

3.5 сурет–  Диодтағы амплитудалық детектор  сұлбасы

 

Келесі нөлдік жиіліктің аймағында орналасқан спектральды құраушылар  сыйымдылығы мен резисторында орындалған төменгі жиіліктер фильтры т.б. Төменгі жиіліктер фильтрінің  элемент параметрлерін таңдау бір уақытта екі шартты қанағаттандыруы қажет: 1/(Ω_maxС)>>R; 1/(ω₀С)<<R.  А тербелісті детектрлеу барысындағы  бірінші шарт сигнал спектрның максимал жиілігіне Ω_max шейін модульденген сигналдың спектральды құраушылары жоғалмайтынын көрсетеді. Екінші шарт сигналдың модульденген басқа барлық спектралды құраушыларының түсуін қамтамасыз етеді. Бұл шарттарды ескере отырып, тоқ тұрақтысының τ = RC  шамасына шектеу Ω_max << 1/τ қоюға болады.

3.6 суретте аппроксимирленген диодтың ВАС, кіріс гармоникалық тербелістің, детектор шығысында кернеудің диаграммасы көрсетілген. Бастапқы аймақтағы жартылай өткізгішті диод ВАС түзу тармағы нақты анықталған сызықсыз сипаттамаға ие. Ары қарай оның түрі сызықтыға жақын болады. АМ тербелістің спектаралды құраушыларының қарқындығы аз, сондай-ақ үлкен болуы мүмкін. Бірінші жағдайда АМ тербеліс спектрінің түрленуі диодтың ВАС бастапқы аймағында, ал екінші жағдайда сызықты аймақта  жүзеге асады.

Детекторлеу кезінде диод тоғының I₀(t). Спектральды құраушысы бөлінеді. АМ детекторлеудің негізгі кемшілігі ВАС  сызықсыз аймағында диод. Жұмыс істегенде, АМ-тербелістің спектральды құраушыларының аз қарқынында  сызықсыз аңаулардың жоғары деңгейі б.т. АМ детекторлардың екінші кемшілігі диод тоғының төменгі жиілікті құраушысының детектор кірісіндегі сигнал қарқына төртбұрышты тәуілділігі.  

3.6 сурет

Диаграмма аппроксимирленген ВАС диод (а), шығыс гармоникалық тербелісі (б), импульс тоғы (в) және детектор кернеу шығысындағы кернеу   (г)

 

Бұл үздіксіз сигналдарды детектрлеу барысында қатты байқалады, және детектор шығысындағы кернеу пішінің үздіксіз  туындысында көрінеді. Радиоимпульстердің ағынын көрсететін,  АМ тербелістердің импульсті детекторлеу барысындағы детектор шығысындағы кернеудің төртбұрышты тәуілділігі нақты емес. Детектор шығысындағы  импульсті АМ тербелістерінің детектрленуі кезінде видеоимпульстер пайда болады, олардың бар болуы, берілетін сигнал логикалық бірлікке сейкес екінін көрсеиеді, ал оның жоқтығы-логикалық нөлге  сейкес.

Бұл жайдайда видеоимпульстің амплитудасы модульденген сигналдың қарқынына, сондай-ақ төртбұрыш қарқынына пропорционал болуы мүмкін, дегенмен, берілетін хабарламаның қабылдану дұрыстығына ешқалай әсер етпейді.

 

  4 Дәріс.  Автоауытқу жүйелер

 

Дәріс мазмұны: гармоникалық сигналдың автоауытқуы.

Дәріс мақсаты:  - гармоникалық сигналдардың автоауытқу құрамын оқу;

                                        - АА жұмыс режимін оқу.

 

Автоауытқу деп ешқандай сыртқы әсерсіз қорек көзі энергиясының электр тербелісіне түрленуі жүретін активті электр тізбектерін атайды. Мұндай электр тізбектерінің негізіндегі құрылғыны автогенератор деп атайды.Ұйымдастыру мен жұмыс принципі бойынша автогенераторлар сыртқы және ішкі кері байланыстары бар болып бөлінеді, ал элементтер типтері бойынша тербелу жиілігін анықтайтын генераторлар LC- және RС-типті автоауытқу болып табылады.

Автоауытқуларда  активті элементтер қызметінде электровакуумды аспаптар, биполярлы және полярлы транзисторлар, МСИ және т.б.  сияқты қолдануы мүмкін.

Контурдағы  R кедергінің шығысының бар болуына тербелмелі үрдіс өшу сипатына ие. Нөлге ұмтылатын  δ өшу коэффициенті болғанда, демек, шығындар кедергісі   R  нөлге ұмтылғанда, контурдағы тербелмелі үрдіс өшпейтін болады. Шығындар кедергісі R бар, нақты контурдағы өшпейтін алу үшін бұл контурда қандай да тәсілмен шамасы шығын кедергісін R, енгізу қажет. Бұл жағдайда контурдағы шығындар кедергісінің қосындысы (R + R_вн) < 0. Бұны  шығындар кедергілеріне таралатын энергияны компенсациялайтын энергияны контурға енгізуге болады. Ұқсас энергияны контурдың дербес тербелістерін  қолдана отырып, оларды күшейте және контурға  оларды жағадан қайтара отырып алуға болады.

4.1 суретте автогенератордың жалпы құрылымдық сұлбасы келтірілген. Автогенераторда күшейткіш элемент пен тербелмелі контур сызықсыз резонансты күшейткішті түзеді, онда кернеу күшеюінің максималды коэффициенті тербелмелі контурдың ω₀ резонансты жиілігінде түзеледі. Контурдың резонансты жиілігінде  сызықсыз резонансты күшейткіштің  күшейткіш коэффициенті тек кіріс кернеуіне К_у (U₁). байланысты болады.

4.1 сурет–  Автогенератордың құралымдық сұлбасы

 

Сызықсыз резонансты күшейткіштің күшейткіш K_y(U₁,jω_A коэффициенті стационарлық жағдайда және кері бағыттағы K_oc(jω_A)  төртполюстің беріліс коэффициенті кешенді шамалар т.б. және өзара керісінше мәнге ие. Автогенераторды сипаттайтын маңызды қатынас шығады:

 

K_y(U₁,jω_A)K_oc( jω_A) = 1,                                                                             (4.1)

 

мұнда ω_A — автогенератордағы тербеліс жиілігі

Комплексті коэффициенттер резонансты күшейткішкіштің K_y(U₁,ω_A),  күшейткіш коэффициент модулімен, кері бағыттағы K_oc(ω_A), төртполюсті беріліс коэффициент модулімен, сондай-ақ резанансты  күшейткіштер мен кері бағыттағы төртполюстілер енгізген, фазалық ығысуымен анықталады.

Енгізілетін параметрлерді  ескере отырып,(4,1) формула мына түрге түрленеді; K_y(U₁, ω_A )K_oc(ω_A) exp{j [φ_у(ω_а) +φ_ОС(ω_а)]} = 1.

 өрнекке екі бөлікке бөлуге болады. Бірінші бөлік амплитуда теңдігінің шартын сипаттайды, ал екінші бөлігінің шарты. Тек амплитуда теңдігі мен фаза теңдігі шартын орындалғанда, автогенераторда өшпейтін тербелістер пайда болуы мүмкін.

 Кері төртполюстік ереже бойынша, пассивті элементтерден тұрады. Осыған байланысты, оның кешенді беріліс коэффициенті салынған кернеуге тәуелді емес, тек қана тізбектегі элементтер параметірімен  және дабыл жиілігімен анықталады, сондықтан автогенератор жұмысының ω_А жиілігінде  кері бағыттағы төртполюстің беріліс коэффициенті К_0С(ω_А)  модулін тұрақты шама деп атайтын болады. 4.2 суретте авторгенераторлардың стационарлы жұмыс режимінінің сызбалы анықтамасы көрсетілген. Резонансты күшейткішкіштің күшею коэффициентінің модулі кіріс кернеуінің амплитудасына  тәуелді сызықсыз сипатқа ие. Бұның нәтижесінде амплитуда теңдігінің шарты орындалған нүктеде автогенератордың шығыс кернеуінің стационарлы амлпитудасына жетеді. Бұл нүктенің  сол  жағында K_y(U₁, ω_A)K_oc(ω_A)  көбейтіндісі  бірліктен асады, ал оң жағында бірліктен аз болады.

4.2 сурет  – Автогенератор жұмыс стационарлы режимін анықтау

 

Фазалар теңдігінің шарты кері бағыттағы автогенераторлардың ширекті сигнал фазасының ығысуы стационарлы режимде 2π еселі болу керек. Бұл  жағдайда шығыс сигналының амплитуда өсуінің резонансты күшейткіштің кіріс сигналы амплитудасының өсуіне алып келеді. Күшейткіш элементтің  кірісінде сигналдың аз шашырауында, мысалы автогенераторға қорек кернеуін қосу салдарынан   ω_А  жиілікте тербелмелі контурдың бөлінуі жүзеге асады  және оның күшеюі   U_ст. амплитудасына шейін жетеді.

4.3 суретте КБ трансформаторлары бар автогенератордың сұлбасы келтірілген. Бұл сұлбаны автогенераторда тербелістің пайда болуына әкеліп соғатын физикалық үрдісті қарастырайық. L_K, конденсатор С_к, контурдың  R кедергі шығыны және  VT, транзистордың коллекторы өзара байлнысқан түйін  үшін, Кирхговтың бірінші заңына сәйкес тоқтар теңдігінің i_L + i_С+ i_r= i_К. теңдеуінен жазуға болады.

4.3 сурет–  КБ трансформаторлымен  автогенератор  сұлбасы

 

Контур кернеуінде u_K(t) контур элементтері арқылы i_L,i_С, i_r, i_К. тоқтар ағады.  Транзистор коллектор i_к тоғы осы транзистордың базасы мен эмиттері арасында салынған кернеуге и_6э- U_CM, тәуелді. Контурдің индуктивті катушкасы L_K,  арқылы тоқ есебінен және контурдың индуктивті катушкасы мен КБ тізбек арасындағы М өзара индуктивтіктен бар болу салдарынан индуктивті L_K катушкада кері бағыттағы ЭҚК пайда болады.  Бұл ЭКҚ  транзистор жұмысын басқаратын кернеудің сигналды құраушысы болып табылады, өйткені u_ос= и_бэ–U_cм.      Осының нәтижесінде транзистордың коллектор тоғы i_к кері бағыттағы  кернеуге u_ос.тәуелді болады.

VT    транзистордың коллекторына қосылған тербелмелі контур және кері бағыттаға индуктивті L_oc катушка байланысқан контурлар жүйесін түзеді, онда байланыс коэффициенті  өзара  индуктивтілікпен М анықталады. Осыған  байланысты кері бағыттағы кернеуді мына түрде көрсетуге болады: и_ОС(t) = -(M/L_K)u_K(t).

Өшу  коэффициенті  кері бағыттағы контур мен индуктивті катушка параметрлерін сәйкес таңдауда нөлге тең немесе аз болуы  мүмкін индуктивті катушка байланысқан контурлар жүйесін  δ_А> 0  болғанда контурдағы тербелістер өшу сипатына ие және сәйкес автогенератордағы  инерция үрдісі болмайды. δ_А= 0    автогнераторды енгізу мезетінде контурдағы тербелмелі үрдісі, автогенератордың ену мезетінде қалыптасқан, сигналдың сол амплитуда шегінде пайда болуы мүмкін, пайда болмауы мүмкін. Кернеу   қорегін автогенераторға  δ_А < 0   болғанда қосу транзиятор коллекторының i_к     тоғының шашыруына алып келеді. Бұл тоқ кері байланыс и_ос.  кернеуінің өсу есебінен лавин тәрізді өседі.

δ_А < 0  шартының орындалуын қамтамасыз ететін негізгі параметр және ол автогенераторда тербелістің пайда болуына әкеледі; S.транзисторының қисығы болады.4.4 суретте коллектор мен транзиятор қисығының база эмиттер кренеуінен тәуелділігі  көрсетілген. Коллектор тоғының транзистор  база-эмиттер кернеуінен тәуелділігі сызықсыз сипаттамға ие.  4.4 суретті қара ,онда S=di_к/du_бэ       кернеу функциясы сияқты қоңырау тәрізді  түрге ие.

4.4 сурет– (а)  тоқтың коллектордан тәуелділігі  және кернеу база-эмиттерден  транзистор қисығы (б)

 

 

 

Автогенератор  транзисторының база мен эмиттерінің арасында (4.3 суретті қара) транзистордың   S_min    бастапқы қисығын  анықтайтын  U_cм,   кернеуі  беріледі. Автогенераторда тербелмелі үрдісінің пайда болуы үшін арнайы ығысуда, өзара индуктивті  М мәні, автогенераторда тербелістер  пайда болатын, М>L_к/RS_min         шартынан таңдалуы  керек. Бұл шарт LC-типті  автогенератордың өздік қосылу шарты деп аталады. М_кр=L_к/RS_min              шамасы  критикалық  өзара индуктивтік деп аталады.  М=М_кр          кезінде контурға  шамасы  R,   кедергі шығынын компенсациялайтын теріс кедергі енгізіледі, δ_А=0   контурға өшпейтін тербелмелі үрдісті қамтамасыз ете отыра.

Автогенераторға    Е_п қорек кернеуін  бергенде болатын өтпелі үрдісі спектрі анағұрлым кең. Тербелмелі контурдың беріліс сипаттамсы резонансты ω₀=1/ жиіліктегі контур          Q,  бөлшегіне тең. Максимал мәнге жетеді. Бұл жағдайда Z_K   котурдың кедергісі тек нақты болып табылады.

Ол контур шығаратын, барлық спектральды құраушылардың  арасындағы  резонансты жиіліктегі   R₀ контур кедергісіне тең  максимал мәнге жетеді, сигналдың  жиілігі бар  спектральды құраушысы анағұрлым амлпитудағы ие болады. Жиілігі бар ω₀ спектральды құраушы амплитудасының өсуі  тербелмелі контурдың L_K индуктитігі катушка мен кері  бағыттағы  тізбегі арасында   L_oc бар болу салдарынан пайда болатын, кері  бағыт кернеуінің  өсуіне алып келеді. База мен транзистор эмиттірінің арасындағы  кернеудің ары  қарай өсуін болдыртады, соған қоса транзистор  қисығы  мен тоқ келлекторын   өсіре отырып, (4.4 суретті қара) Транзистор  қисығының өсуі контурдағы өшу коэффициентінің  теріс болуына алып келеді.  Бұл кері бағыттағы кернеудің күшеюіне  алып келе отырып және ондағы өшпейтін  тербелістер амлпитудасының өсуіне алып келіп, контурдағы тербелістердің өшуін шектейді. 

              S* транзистордың жұмыс қисығын таңдарда контурдағы өшу коэффициенттерінің мәні теріс болады, ол автогенератордағы тербелмелі үрдістің пайда болуын қамтамасыз етеді. Берілген  жағдайда  S*   транзистордың жұмыс қисығы контурдың  L_K және  R   параметрлеріне  тәуелді, сондай-ақ кері бағыттағы К_ос(ω_А).  коэффициент шамасын анықтайтын, өзара М индуктивті де тәуелді.  Автогенератордың тұрақты жұмысын қамтамасыз ету үшін транзистордың жұмыс қисығына  қатысты мына  шарт орындалу керек dS*/du_оc<0 . Бұл шартқа  4.5 суретте көрсетілген А нүктесінің  оң жағындағы қисықтың  аймағы сәйкес  келеді. Бұл аймақта М өзара индуктивтіктің    әр мәніне S*   транзисторлардың жұмыс қисығының өз мәні сәйкес келеді. Өзара индуктивтіктің аз  шамасында М=M₁        шамасы транзистордың мүмкін қисығынан үлкен.

Бұл жағдайда контурдағы өшу коэффициенті нөлден үлкен немесе тең мәнге ие болады. М>М_г   болғанда  транзистордың жұмыс  қисығының мәні төмендейді және өшу коэффициенті нөлден аз немесе тең болғанда, автогенераторда тербелмелі үрдістің пайда болуына алып келетін жағдай туады.

.

4.5 сурет–Автогенератордың  орнықтылығын анықтау

 

Өзара  индуктивтіктің өсуі М кері байланыстың кері өсуіне де алып келеді, ол ығысу керенуіне қосылады  және  коллектор  тоғының  1_т1 бірінші гармлника амплитуда өсуіне алып келеді. Транзистордың ығысу кернеуін (4.4,а суретті қара) коллектордың үлкен тоғын қамтамасыз ететін, U_см = 0 ығысу кернеуінің  шамасын таңдау жағдайы коллектордың үлкен тоғына әкеле, зара индуктивті  М шамасын  таңдау кері бағыттағы кернеудің ағынды өсуіне алып келсе, бұл автогенератордың өздік қозуының жұмсақ режимі деп аталады. Автогенератордағы бұл режимге бұл тербелістерді орнатқан кезде, олар тікелей оған қорек кернеуін бергеннен кейін пайда болады.

М=М'  өзара қатты индуктивті кезінде автогенераторда тербелістер пайда болады  және  М=М",  шартымен  анықталатын  өзара индуктивті шамасы азайған кезде, жоғалатын, режим, автогенератордың өздік-қозудың қатаң режимі деп аталады.

Өздік қозудың жұмсақ режиміне ие автогенератордың артықшылығы, олар тікелей қорек кернеуін бергенде  инерциялай бастайды, дегенмен, олар төмен ПӘК-ке  ие. Өздік қозудың  қатаң  режиміне ие автогенераторлық артықшылығы жоғары ПӘК болып табылады. Оның есебінен транзистор коллектор тоғының үзіндісімен жұмыс істейді, дегенмен, бұл автогенераторларды қозу үшін қорек кернеуін қосудан басқа, АГ тербеліс пайда болады.Әкелетін КБ тізбегі бойынша сыртқы қосымша әсер қажет.

 

 

 5 Дәріс.  RC-типті  автогенераторлар

 

  Дәріс мазмұны: RC-типті  автогенераторлар.

  Дәріс мақсаты:

- RC-типті автогенератор құрамын және қолдануын оқу;

-  RC-типті автогенераторларды тұрғызу нұсқаларын оқу.

 

 RC-типті автогенератор   жоғары  жиілікті  тербелістерді генерация үшін арналған.

Төменгі жиілік аймағында, мысалы, дыбыстық, бұл автогенераторды қолдану  қиындатылған, ол ені фактормен туындаған. Біріншіден, тербелмелі  контурда үлкен  индуктивтікпен үлкен сыйымдылық конденсаторын  қолдану қажет, ол контурларды төменбөлешекті қылады. Екіншіден, катушка индукдивтікпен  конденсатор сыйымдылығының үлкен шамасынан, ауысатын генерация жиілігі бар автогенераторларды құру қажет.

Аталған кемшіліктерді  жою  үшін   RC-типті автогенераторлар қолданылады. RC-типті автогенератордың құрылымдық сұлбасы 5.1 суретте көрсетілген. Автогенератор кері бағытқа ең жиілікті-тәуелді алынған күшейткіштен тұрады.

 5.1 сурет  –  RC-типті автогенератордың құрылымдық сұлбасы

 

Фаза ығыстырушы төртполюсті күшейткіш  шығысында оның кіріс сигналына қатысты қажет фаза ығысуының қамтамасыз етеді. Автогенераторда амплитуда  теңдігі  сақталуы керек. Демек, күшейткіштің күшеюі коэффициенті мен кері бағыттағы тізбек беріліс коэффициентінің көбейтіндісі бірге тең болу керек. Автогенераторда фаза теңдігінің шарты  орындалуы керек, ол, кері бағыттығы күшейткіш тізбек салиқалы бойынша фазалы ығысу 2π. еселігіне тең болу керек дегенді білдіреді.

Осы  екі шартты құруына алып келетін екі берілісін айтуға болады. Бұл инверттелмейтін күшейткіш  қолданылатын автогенераторлар, (фаза бойынша кіріс және шығыс кернеуі сәйкескелетін) ал кері байланыс тізбегі шамасы нөлге  немесе  2π  ға тең фазалық ығысуды қамтамасыз еттеді; Инверттелмейтін күшейткіш қолданылады (шығыс керенуі  кіріс кернеуіне фаза бойынша  π. шамасына тең фазаны ығысуды қамтамасыз етеді. RC-типті автогенератордың құруына аталған ұмтылыстардың кез-келген кері байланыстағы күшейткіш тізбек сақинасындағы фаза ығысуы 2π.-ға тең болған

 RC-автогенераторларда  шамасы π-ға тең қажет фазалық ығысуды қамтамасыз ету үшін   RC-кешенін қолданады. Бұл кешендердің әрқайсысы резистормен конденсаторды енгізеді. Инвенрттелетін күшейткіш қолданатын автогенератор үшін тізбектің кері бағыты бойынша шамасы  π-ға тең фазалық ығысуды алу үштен аз емес RC-кешенін қолдану барысындаалуға болады. 5.2. суретте автогенераторлардың RC-кешенінің бірінші және екінші нұсқасы көрсетілген.

 

5.2  сурет  –  RC –варианттар  авто­генераторлары

 

5.3 суретте RC-типті автогенератордың электрлік сұлбасы келтірілген \Мұндай автогенераторда транзистордың база тоғы I_б I₃ тоғынан айтарлықтай аз. Автогенератордың герерация ω_А=жиілігінде кері байланыс. тізбегі байланыс тізбегі бойынша беріліс  коэффициенттерінің модулі  К_ОС(ω_А)=0, 034. амплитуда тедігінің шартын  ескере отырып, күшейткіштің күшеюі коэффициенті  К_у(ω_А)=29. Автогенератор S*    транзисторының жұмыс қисығы сәйкес S*=Ky(ω_А)/R_н=29/R_н.  шартына жауап беру керек.

 5.3 сурет  – RC –типтің автогенератолы  сұлбасы

 

RC-типті автогенераторларды құрудың екінші нұсқасы инверттелмейтін күшейткіштерді  қолдануға негізделген, оларда  2π.  Сигналына фазалы ығысу қамтамасыз етіледі. Сәйкес кері байланыстың тізбегі бойынша фазалық ығысу автогенераторды генерация жиілігінде нөлге тең болу керек 5.4 суретте  кері байланыс тізбегінде Вин көпірі қосылған ұқсас автогенератордың бірі  келтірілген. Тербелісті авторгенератормен генерациялау  Вин  көпірілген амплитуда мен  фаза теңдігінің   теңдік шарты орындаларда жүзеге асады. Генерация кері байланыс тізбегіндегі фазалық ығысу нөлге тең болғанда болуы мүмкін. Бұл шарт ω_А=1/R_lR₂C_lC₂   жиілігінде орындалады.  Мұндай автогенераторларды тәжірибеде салу ба рысында ризистор кедергілерінің теңдігіне R_I және R₂ және тізбектегі  КБ сыйымдылық конденсатордың о   теңдігіне ұмтылады R₁=R₂=R и С₁=С₂=С жағдайында автогенератордың генерация жиілігі ω_А=1/RC  формуласы бойынша есептеледі.

                                         

                                              

 

 

5.4 сурет  – Вин  мостымен  генератор RC-типі

 

 Вин көпірі бар RC-типті  автогенератордың артықшылығы  типі басқа автогенераторлылармен салыстырғанда келесіге негізделген (5.3 суретті қара) : оны салу үшін резисторлар мен конденсаторлардың аз саны қажет; кері байланыс беріліс тізбегінің коэффициент модулі  жиілікке тәуелді емес; автогенератордағы резистор мен конденсатордың  аз саны ауысатын жилігі бар автогенераторды салу үшін екіретті  айнымалы резистор немесе конденсаторды қолдануға мүмкіндік береді.

Автогенератордың тізбегіне қарағанда RC-типті автогенераторларды салу қарапайымдылығына қарамастан, оларға арнайы құрылғыларды өңдеу барысындағы кемшіліктер қатарын ескерту қажет. Бұл кемшіліктендің санына келесілерді жатқызуға болады:

1) Коденсатор сыйымдылығы мен резистор кедергісі тұрақсыз факторлардан әлсіз тәуелділікте болу керек, мысалы, температурадан, өйткені керісінше жағдайда RC-типті автогенератордың генерация жилігі температураға тәуелді болады.

2)  Конденсатордағы үзінді тоғы анғұрлым аз болу керек. Шынымен, конденсаторлардың төменгі жиліктегі үзінді кедергісі шунтталатын әрекет етеді, ол кері бағыттағы төрт полюсниктердегі фазалық ығысудың өзгерістеріне алып келуі мүмкін және генерация ағытылуына алып келеді.

3)   RC-типті автогенераторда қолданылатын транзисторлар сызықсыз ВАС ие. Бұл транзистор коллектор  тоғының және автогенератор  шығыс кернеуінің транзистор мен  база  эмиттері арасында пайда болды. Кернеудің сызықсыз тәуелділігіне алып келеді. Арнайы сызықсыз сипаттама шығыс кернеуінің пішіні гармоникалық тербелудің пішінінен  айырмашылығына алып келеді. Бұл кемшіліктерді жою үшін транзистордың жұмыс нүктесінің бастапқы қалпын, автогенератор жұмысындағы жұмыс нүктесі ВАС сызықты аймағына жақын шекарадан шықпайтындай таңдалынады.

 

  6 Дәріс. Сызықты параметрлік тізбектер

 

Дәріс мазмұны: сызықты параметрлік тізбектер анализі.

         Дәріс мақсаты:- параметрлік тізбектер сипаттамасын қарастыру;

-сигналдардың параметрлік тізбектер арқылы өтуін

  қарастыру.

 

 Параметрлік тізбек ретінде көптеген радиоэлементтерден тұратын тізбектерді атайды, бұдан олардың бір немесе бірнеше параметрлері тізбекке электр тербелістерін қойғанда уақыт бойынша өзгереді. Элемент, уақыт бойынша бір параметрі болсын өзгеретін параметрлік деп атайды C(t).

Тізбектерде параметрлік элементтер ретінде R(t),  кедергі, C(t). сыйымдылық немесе L(t )индуктивтілік параметрлік элементері болуы мүмкін. Бұл элементердің  параметрлігі  олардың негізгі (кедергі, сыйымдылық, немесе индуктивтік немесе туынды қашықтық, заряд, шамасы) параметрлері уақыт бойынша өзгеруге негізделеді. Параметрлік элементтерді қалыптастыруы бойынша  сұрақты қарастыру үшін 6.1 суретті биполярлы транзистордың өтпелі  ВАС  i_к=f(u_бэ) диаграммасы келтірілген. Бұл резистивті элементтің вольт –амперлік сипаттамасы нақты анықталған сызықсыз сипаттамаға ие, ал оның кедергілері оған қойылған кернеуге тәуелді. (Статистикалық және диф-ды) статистикалық кедергі баяу өзгеретін сигналдар кезінде анықталады, сондықтан ол уақытқа тәуелді R_диф=du/di емес, ал дифферианциалды кедергі тез өзгеретін сигналдар кезінде өзгереді және сәйкес  одан ағып өтетін, бұл сызықсыз резистор мен тоқтағы кернеу өсуіне тәуелді. Тәжірибеде параметрлік тізбектерді қарастырғанда, жиі түрде дифференциалды кедергі түсінігімен емес, диффериенциалды қисық түсінігін қолдады. Бұл параметрлік кедергінің теріс шамасы болып табылады. Біздің жағдайда диффериенциалды қисық S = di/du. өрнегімен анықталады.

Дифференциалды қисық оған айнымалы кернеуді қойғанда, сызықсыз резистор арқылы ағып  өтетін тоқтың өзгерісін  сипаттайды. ВАс 6.1 суретте келтірілген, сызықсыз резистор үшін бастапқы U₀,I₀).  жұмыс нүктесі қалпы анықталған дейік. Ығысу кернеуіне қатысты  басқарушы кернеу қойылған ол гармоникалық заңмен u_y(t) = U_ycos(ω_yt).   өзгереді. Басқару кернеуінің u_y(t)  өзгеру шегінде сызықсыз резистордың  ВАС екінші деңгей полиномымен аппроксимирлеуге болады.

i=a₀(U₀)+ а₁(u_у–U_o)+а₂(и_у - U₀)²  ,                                                       (6.1)

мұнда а₀(U₀) = I₀ — жұмыс нүктесіндегі сызықсыз резистор тоғы.

Дифференциялауды жүзеге асырғаннан кейін, жұмыс нүктесінің аймағында сызықсыз резистордың дифференциялауды қисығының қалпын сипатау үшін өрнекті табамыз: S[U_y(t)] = а₁ + 2a₂u_y(t), мұнда a₁ = S₀ — бастапқы жұмыс нүктесіндегі сызықсыз резистордың қисығы. Бұл өрнектен, егер сызықсыз резистордың ВАС бастапқы жұмыс нүктесінің аймағында екінші деңгейі аппроксимирленуі  мүмкін, онда бұл нүктенің маңайындағы қисық сызықты заң бойынша өзгереді. (6.1 суретті қара) Бұдан басқарушы кернеу уақытқа тәуелді  болғандықтан, онда диффиренциялды қисықты да уақытқа тәуелді деп қарастыруға болады . u_y(t) = U_ycos(ω_yt). Сонымен уақытқа тәуелді дифференциялды  қисыққа қатысты сызықсыз резистор параметрлік элемент ретінде қарастырылуы мүмкін.

Дифференциялды қисық оң болуы мүмкін, сондай-ақ теріс те болуы мүмкін.

Егер бастапқы жұмыс нүктесіне қатысты, басқару кернеуінің  өсуімен тоқ та өссе, оңда дифференцияалды S(t)  қисық оң болады.  Егер бастапқы жұмыс нүктесіне қатысты  бақару кернеуінің u_у өсуі кезінде, тоқ төмендесе, онда бұл жағдайда дифференциялды  қисық теріс болады.

Сызықсыз сыйымдылықты жиналатын зарядтың кернеуден тәуелділігін қарастырайық.  6.2  суретте  БТ р-n- өткелінің барьерді  сыйымдылығының оған қойылған кернеуінің тәуелділік диаграммасы көрсетілген. Жұмыс нүктесінің бастапқы аймағында сызықсыз элементтің заряд өзгерісін екінші деңгейлі полиноммен q=q₀+ b₁(и–U₀) + b₂(u–U₀)² аппоксимирлеуге болады. мұнда- q₀ — сызықсыз сыйымдылықтың бастапқы жұмыс нүктесіндегі сыйымдылық заряды.

 

6.1 сурет  –Биполярлы транзистор              6.2 сурет– барьерді сыйымдылық

                                                                                   р- n                 

  ВАХ i_к=f(u_бэ) өтпелі  диаграммасы                      өткелі БТ-дің ұсынылған кер-   

                                                                            неуден

 

Сызықсыз сыйымдылыққа айнымалы кернеуді қойғанда оның диффреренциялды сыйымдылық сәйкес және уақытқа тәуелді сыйымдылық, сияқты қарастырылуы мүмкін, өйткені басқарушы кернеу  уақытқа тәуелді. Осыны ескере отырып сызықсыз сыйымдылық  параметрлік элемент ретінде қарастырылуы мүмкін, оның дифференциалды сыйымдылығы C(t) уақытқа тәуелді.

 Сызықсыз резистор мен дифференциалды сыйымдылық . C(t) р-n -өтпекін талдау кезінде алынған нәтижені қорынтыдылай отырып, келесіні ескереміз. Параметрлік элемент-сызықсыз элементтер бірінің (кедергі, сыйымдылық немесе индуктивті)  және басқару кернеу қорегінің бірлігі оның кернеуі мысалы, сызықсыз элементтің бастапқы жұмыс нүктесіне қатысты гармоникалық заң бойынша өзгереді. 6.3 суретте параметрлік элментті  көрсетудің құрылымдық сұлбасы келтірілген.

Параметрлік элементті қолдана отырып,  жиі түрде аз шулы параметрлік күшейткіштіктер, модуляторлар мен жиілік түрлендіргіш генераторлар мен детекторларды түрлі радиотехника құрылғыларды салуға болады .

Сызықты параметрлік тізбек арқылы сигналдардың өтуі. Тұрақты параметрлік сызығы бар радиотехникалық тізбектерді қарастырғанда, тізбектің белгілі кіріс K(jω).  әсерінде түрлі тәсілдермен анықтауға болатыны байқалған. Жиілікті аймақта тізбектерді  талдау барысында анғұрлым жиі түрде жіберу сипаттамасын қолданады.Тізбектің кірісінде S_вх(jω), егер сигналдың спектралдың  спектралдың тығыздығы берілсе, онда сигналдың спектрал тығыздығы тізбек шығысында формуласы S_вых(jω)= = S_вх(jω) K(jω).   Уақыт аймағында тізбекті талдау барысында Дюамель интегралы және тізбектің импульсті сипаттамасымен қолданады.

 

 

 6.3 сурет –параметрлік элементтің құрылымдық сұлбасы

 

Сызықты параметрлік тізбек арқылы сигналдардың өтуі. Тұрақты параметрлік сызығы бар радиотехника тізбектерді қарастырғанда, тізбектің белгілі кіріс K(jω).  әсерінде түрлі тәсілдермен анықтауға болатыны байқалған. Жиілікті аймақта тізбектерді  талдау барысында анғұрлым жиі түрде жіберу сипаттамайтыны қолданады.Тізбектің кірісінде S_вх(jω), егер сигналдың спектралдың  тығыздығы берілсе, онда сигналдың спектрал тығыздығы тізбек шығысында формуласы S_вых(jω)= = S_вх(jω) K(jω).   Уақыт аймағында тізбекті талдау барысында Дюамель интегралы және тізбектің импульсті сипаттамасымен қолданады:

S_вых( t)=,                                                                       (6.2)     

мұнда  S_вх( t)и S_вых( t)— сәйкес тізбектің кірісі мен шығысындағы сигналдар.

Дегенмен, параметрлік тізбектерде беріліс  сипаттамасы жиіліктен, сондай-ақ уақытқа тәуелді, соған сәйкес тізбектігі сызықсыз элементтің параметрі өзгереді. Бұл жағдайда тізбектің беріліс сипаттамасы мына түрге келеді. Параметрлік тізбектің импульсті сипаттамасы бірінші параметрге тәуелді: бір жағынан-уақыт интервалына, бірлікті импульсті қоюдың және сигналды бақылау уақыты мезетін және  сигналды бақылау уақыты мезетін анықтайтын, басқа жағынан-уақыт өсіндегі уақыт мезетінің орналауынан. Бұл жағдайда параметрлік тізбектің импульсті сипаттамасы түрге келеді.

Параметрлік тізбектің беріліс K(jω, t және h(t, τ)  импульсті сипаттамасының екі параметрден тәуелділігі радиотехника құрылғыларды таңдау  барысындағы есептеу үрдісін күрделендіреді, сондықтан мұндай есептерді шығару анықталған рұқсаттарды енгізгенде, мысалы, электрлік тізбектегі   қандай да параметр периодты заң бойынша өзгереді.

Тізбектегі беріліс сипаттамасының күрделі өзгерісінде, тізбек шығысында жиілігі Ω периодтық заң бойынша сигнал спектрі түзеледі; құраушы жиіліктері  бар спектрі түзеледі, мұнда ω  кіріс сигналының жиілігі.

Сызықты параметрлік тізбекті спектралды құраушылар арасындағы өзара сигнал комбинация жиіліктері ω ± Ω; ω + 2 Ω бар спектралды құраушыларды құрамайды.

Параметрлік күшейткіштерді құру үшін сызықсыз энергия сыйымдылықты қолданады (сыйымдылық пен индуктивтік).

 

7 Дәріс. Реактивті параметрлік тізбектер

 

Дәріс мазмұны: параметрлік күшейткіш .

Дәріс мақсаты: - параметрлік күшейткіш прициптерін оқу;

                                       -параметрлік және детекторлеу принциптерін  

                                         қарастыру.

 

              Сигналдарды  күшейту, синалды кернеу амплитудасы басқарушысын айтарлықтай аз екенін негізделген. Бұл жағдайда сигналды кернеу U_c өзгерісіне әсер етпейді, мысалы, сызықсыз конденсатордың дифференциалды сыйымдылықтың шама өзгерісі (азаюы) басқару кернеуінің  U_y. әсерінен, параметрлік элементте сыйымдылықтағы сигнал кернеуінің  өсіруіне қабілетті.

           7.1 суретте сызықсыз конденсатордың сыйымдылықтың секірмелі өзгерісінің және ондағы кернеу өзгерісінің және ондағы кернеу өзгерісінің диаграммалары көрсетілген. Сыйымдылықтағы кернеу (q=CU),  өзгерісі кернеуі гармоникалық заң бойынша өзгеретіні шарты бойынша өзгеретіні көрсетілген.

           Конденсаторда жиналған заряд лезде өзгеруі мүмкін. Егер қандайда бір тәсілмен жиналған зарядты сақтай отырып, конденсаторлар сыйымдылығын азайтса, онда соған сәйкес, конденсаторда  кернеу өседі. Дегенмен, бұл эффектіні алу үшін, сыйымдылықтағы кернеудің амплитуда мәнімен сыйымдылықтың өсуі ондағы кернеуі нөлге тең болғанда жүзеге асуы керек. Бұны сигнал кернеуінің жиілігі басқару кернеуінің жиілігінен 2 есе аз болу шартында алуға болады.

           Конденсатор сыйымдылығын   секірмелі түрде өзгерту анағұрлым күрделі, сондықтан, басқару кернеуі ретінде параметрлік күшейткіштерді құру, ереже бойынша, гармоникалық заң бойынша өзгеретін сигналды қолданады. Дегенмен, конденсатор сыйымдылық ескермей, сондай-ақ, гармоникалық өзгерісінде, максималды амплитудалы кернеу кезіндегі сыйымдылық азаюы бойынша және ондағы минималды кернеу кезіндегі сыйымдылықтың өсуі кезіндегі шарт орындалу керек:

 

 7.1сурет  – Параметрлік конденсатордың серікмелі өзгеріс диаграммасы және  кернеудің ода өзгеруі

 7.2 сурет– Функциональная схе­ма параметрического усилителя

 

7.2 суретте  параметрлік күшейткіштің функциалды сұлбасы келтірілген. Оның жұмысы қарастырайық. Күшейткіш сызықсыз заң бойынша сыйымдылығы өзгеретін параметрлік конденсаторын енгізеді.

Ф1  фильтрі жиілігі ω_у   басқару кернеу u_y(t) = U_ycos(ω_yt + φ)  көзінен сигналды кернеу көзіне шейін тоқтың өтуіне бөгет етеді, ал  Ф2 фильтр басқару кернеуінің  көзіне жақын, жиілігі ω_с және оған жақын жиілігі бар, сигналды кернеу көзінен тоқтың өтуін шектейді.

Параметрлік күшею принципін ескере отырып, басқару и_с(t)  және сигналды и_с(t)  кернеу көзінің жиіліктері ω_у = 2ω_с  шартын орындау  керек екенін ескереміз, бұдан басқа, U_y басқару u_y(t)  кернеунің амплитудасы сигналды кернеу и_с(/).амплитудасын U_c айтарлықтай  үлкен болу керек.

7.3 суретте параметрлік күшеюідің принципіне сәйкес, параметрлік күшеюідің бірконтурлы электр сұлбасы келтірілген. Күшейткіш сызықсыз сыйымдылығы С_нел, бар конденсатор С_к енгізеді, тербелмелі контур L_K,,  түзетін конденсатор мен индуктивті катушкадан  тұрады. Жүктілік элементтің өткізгіштігі G_H=1/R_H.     Бөлгіш конденсатор  С_р1 және  С_р2                  тұрақты кернеу көзінен сигналды және басқарушы кернеу көзіне дейінгі тоқтың  өтуіне кедергі істейді. Тұрақты кернеу көзі U₀ сызықсыз конденсатордың С_нел.  жұмыс  нүктесін орнату үшін қолданылады. Индуктивті катушка L  айнымалы  тоқардың кернеу көзіне шейін өтуіне бөгет етеді.

Бірконтурлы параметрлі күшейткіштің артықшылығы оның салыстырмалы  қарапайымдылығы болып табылады. Дегенмен, бұл қарапайымдылық күшейткіштің  бірқатар кемшіліктеріне  алып келеді, олардың санына келесілер енеді.

7.3 сурет – бірконтурлы параметрлік көбейткішінің  сұлбасы

 

Біріншіден, нақты күшейткіш сигнал фазасы белгісіз. Бұдан басқа, кіріс сигналының жиілігі кейбір жиілікті диапазонда өзгереді.

Бұл сигнал көзі жиілігі мен басқару  кернеуінің екіге бөлінген қорек  жиілігінің  теңсіздігіне алып келеді, және қорытқанда, шығыс сигналының соғуы мен күшеюі коэффициентінің  төмендеуіне алып келеді. Екіншіден, бірконтурлы  параметрлік күшейткіштің күшеюі коэффициенті  аз шамаға ие.

Бірконтурлы параметрлік күшейткішке тән кемшіліктерден, екіконтурлы күшейткіш бос, оның эквивалентті сұлбасы 7.4 суретте келтірілген. Бұл күшейткіште сызықсыз конденсатордың жұмысы нүктесін  анықтайтын сызықсыз сыйымдылығы бар конденсатор, басқару кернеудің  көзі және тұрақты кернеу көзі сызықты конденсатормен  ауысқан, оның сыйымдылығы сызықты  заң бойынша уақыт бойынша өзгереді. Бұдан басқа онда, екі тербелмелі контур бар: бірінші контур индуктивті катушка, конденсатор және жүктемелі өткелде тұрады, ал екінші индуктивті катушка, конденсатор және жүктеме өткелінен түзілген. Сигнал көзі ішкі өткізгіші бар тоқ көзімен көрсетілген.

Екі контурлы параметрлік күшінің қалыпты жұмысы үшін ω₀₁ бірінші және ω₀₂екінші контурдың резонансты жиілігі ω₀₁=ω_с, ω₀₂>> ω₀₁ и ω_у = ω₀₁ + ω₀₂. шарттарын қанағаттандыру  қажет. Бұл жағдайда комбинациалық жиіліктер бірінші контур өткізу аймағынан тыс болады ω_с  жиіліктері бар  сигналдар екінші контурдың мөлдір аймағына кірмейді, ал бірінші контурмен шығарылады.

Параметрлік күшейткіштермен  салыстырғанда, шудың төменгі дейгейі болып табылады. Шынымен де сызықсыз сыйымдылықта, теріс ығысқан        p-n-өткелі ретінде қолданылады, заряд тасушыларының ағыны транзистордан, айтарлықтай аз. Сәйкес, сызықсыз сыйымдылықтағы заряд тасушылары қоздыратын шу да айтарлықтай аз болады. Бұдан басқа, сызықсыз сыйымдылықты, бірақ транзисторды емес, абсолют нөлге жақын, температура кезінде қолданылады. Бұл шу  деңгейін  одан  ары  төмендетуге мүмкіндік береді.

Ереже бойынша,параметрлік күшейткіштер жоғары  және аса жоғары жиіліктер аймағында қолданыс  таппады. Бұл жиіліктер диапазонындағы электронды құрылғылардың сапалы  жұмысы, олардың  константарына бағытталатын жоғары талаптармен диапазоннан ескере отырып, параметрлік күшейткішттер, ереже бойынша, сызықты желілер базасында орындайды. Параметрлік күшейткіштерді  жобалау барысындағы негізгі қиындық сызықсыз сыйымдылықпен сигналдар жіберу тізбегі арасындағы байланыс тізбектерін өңдеуден тұрады.

Жиілікті параметрлік түрлендіру. Сызықсыз  резисторлар базасында салынған, электорды құрылғылар жиілігінің  түрленуін  u_c(t) кірістеріннің түрленуін қарастырғанда, түрлендіргіш кірістерінің  бірінші сыңарына жиілігі ω_с  кіріс сигналы кіреді, ал кірістің u_г(t) екінші сыңарына жиілігі ω_г.  Гетеродин тербелістері кіретінін  байқаймыз. Түрлендіргіш шығысында ω_г+ω_с немесе ω_г–ω_с.  аралас немесе жиіліктері бар сигнал   қалыптасады. Жиіліктің аналогиялық түрлендіргішін  параметрлік резистор базасында  салынған тізбек ретінде қарастыруға болады. Мұндай ЖТ басқару кернеуі ретінде гетеродин сигналы шығады. Түрлендіргіштегі U_г>>U_c     шартын орындау  барысында, транзистордың дифференциалды қисығы транзистордың жұмыс нүктесінің аймағында сызықты тәуелділікке ие.(6.1 суретті қара)

 7.4 сурет  –Екі контурлы параметрлік күшейткіштің экввивалентті сұлбасы

 

Оның орнына биполярлы транзисторды қолдануға болатын, параметрлік резисторға аз кіріс кернеуін салу транзистор қисығының сызықты өзгерісіне алып келеді. Бұл жағдайда параметрлік резистордың тоғы жиіліктерімен өзгеретін, қосындыларды құрады. Параметрлік жиілік  түрлендіргіштің  шығысында тербелмелі  контур орнатып, бұл аралас жиіліктердің біріне, жиілікті түрлендіру барысында  алынған, жиілік аймағында, сигналдың спектральды құраушысын шығаруға болады.

 7.5 сурет – ЧМ-тербеліс модуляторының сұлбасы

 

Параметрлік детекторлеу.  Синхронды детектордың құрылымдық  сұлбасы екі сигнал мен төменгі жиілікті фильтр көбейтіндісін енгізеді. Бұл құрылғыны параметрлік детектор  ретінде қарастыруға болады. Жалпы  жағдайда параметрлік детектордағы тірек u_on(t) = U_oncos(ω_ont + φ_оп)  кернеуінің U_oп амплитудасы модульденген кернеудің амплитудасынан  айтарлықтай жоғары, демек, сызықсыз кедергі. U_on>>U_вх і тіреу кернеуімен  басқарылатын, көбейткішті мүмкіндік береді. Онда сызықсыз резистордың дифференциалды қисығы сызықты заң бойынша өзгереді.

Кіріс кернеуі u_вx(t) модуляциясыз гармоникалық заң бойынша  u_вх(t)=U_вxcos(ω_вхt+φ_вх) өзгерсін дейік, ал кіріс сигналы мен тіреу  кернеуінің  тасу тербелістерінің  жиіліктері ω_оп = ω_вх. өзара тең. Бұдан, параметрлік резистор арқылы ағатын тоқ, үш қосындыдан құралады:  бірінші қосынды ω_вх, жиілікпен өзгереді, екіншісы 2ω_вх,   жиілікпен, ал үшінші қосынды тұрақты тоқты көрсетеді. Көбейтінді шығысында, ТЖФ қосылған, ол  ω_вх және  2ω_вх. жиіліктері  бар тоқ құраушыларын береді.

Кіріс сигналы модульденген u_вх(t)=U_вxcos[(ω_вх+Ω)t+φ_вх] сигнал болсын,

мұнда  Ω — кіріс сигналының төменгі жиілікті құраушының жиілік өзгерісі. Онда параметрлік детектордың  шығыс сигналы  (Ω<<ω_вх).  Ω<<ω_вх.жиілігімен өзгеретін, тек модульденген сигналдың спектральды құраушысын құрады.

Модульденген тербелістерді қалыптастыру. Модульденген  тербелістерді қалыптастыру құрылғысы сигналдарды түрлендірудің параметрлік тізбегі ретінде қарастыруға болады. АМ тербелістерді қалыптастыру  барысында параметрлік кедергі қолданылады, ал ЧМ-  тербелістерін  қалыптастыру барысындағы параметрлік сыйымдылық қолданылады. Мысал ретінде амплитудасы модуляторды қарастырамыз, онда  транзисторды  сызықсыз резистор ретінде қарастыруға болады, ол жұмыс нүктесінің аймағында модульденген u_y(t) = U_ycos(Ω t) сигналдармен басқарылады.

7.5 суретте ЧМ-тербелістердің  модуляторының приципиалды  сұлбасы келтірілген. Модуляторда сызықсыз сыйымдылық ретінде VDI,  варикап қолданылады, модульденген сигнал болып табылады.  Сыйымдылығы басқару кернеуіне тәуіелді. Бұл сигнал жұмыс нүктесінің аймағында сыйымдылықты өзгертеді.

Сонымен, параметрлік элементтерді қолдану (кедергі, сыйымдылық, индуктивтілік) кең жиілікті диапазонда жұмыс істейтін және салыстырмалы  қарапайым құрылымдылық  шешімдерге ие түрлі радиотехникалық құрылғыларды жобалауға мүмкіндік береді.

 

 

  8 Дәріс. Сандық фильтрлар

 

Дәріс мазмұны:  сандық фильтрлардың ерекшеліктері.

Дәріс мақсаты: 

- сигналдарды сандық өңдеудің принциптерін оқу;

- сызықтық сандық фильтрацияның алгоритмін оқу;

 

          Сигналдардың сызықты фильтрациясын сандық тәсілдермен жүзеге асыратын құрылғылар сандық фильтрлер деп аталады. (демек, сандық есептеу техникасының құралдары ретінде қолданылады).

Сигналдардың сандық өңделуін тек үш типті операцияны орындау негізінде  жүзеге асырады: бөлу, қосу, көбейту. Сондықтан сандық өңдеудің алгаритмі екі тәсілмен жүзеге асырылуы мүмкін:

1) бардарламалық:   әмбебапты   ЭЕМ  сигналдың сандық  өңделуін арнайы бағдарлама бойынша  орындайды;

 2)  аспаптық: арнайы шектегіш құрылғы тек үш нұсқалған операцияны орындайды.

Жүзеге асырудың бағдарламалық тәсілі сигналдардың сандық өңделуінің  түрлі  жүйелерін модельдеу кезінде тиімді болады, өйткені фильтрация алгоритмін жеңіл өзгертуге мүмкіндік береді. Әмбебапты ЭЕМ қолдану бұл мақсаттар үшін салыстырмалы  төмен әсер ету мен айтарлықтай  мүмкін емес. Сандық фильтрлердің аспаптық жүзеге  асуы ығысу регистры, қосындылары  көбейткіштерін және т.б.  көрсететін  сандық интегралды сұлбаларды қолдануға негізделген. Ол үлкен функцияның мүмкіндікке, жоғары тез әрекеттікке, сипаттамалар тұрақтылығына, сенімділік, оңтайлыққа ие үлкен интегралды сұлбалардың пайда болуына байланысты мүмкін болда.

Аналогты фильтрлармен салыстырғанда, сондықтан бірқатар артықшылықтарға ие, оларға параметрлердің жоғары тұрақтылығын, сипаттама өзгерістерінің қарапайымдылығын, өндіріс үрдісіндегі олардың жақсы қайталанатындығы жатады. Сандық фильтрлерді қолдану барысында жүктеме сәйкестігінің мәселесі туындамайды, олар асатөменгі жиіліктерден мегагерцпен өлшенетін жиілікке дейінгі диапазонда жұмыс істеуі мүмкін. Соған қоса сандық фильтрларға сигналдарды өңдеудің сандық сипатамасына шартталған, кейбір спецификалық ерекшеліктер тән. Сандық  фильтрлерді түрлі объектілір мен үрдістердегі  басқару жүйелерінде қолданады, онда өңдеу алгаритмдерді, аналогты алгаритмдермен жүзеге аспайтындай  күрделі.

Сандық фильтрлерді қолданудың басқа маңызды аумағы - бұл төмен және инфратөмен жиілікті  сигналдарды  өңдеу, бұл индуктивті  орауыш  мен конденсатордың үлкен көлемді өлшемдерінен аналогты құрылғыларды қолдану қиындатылған кезде қолданылады. Сандық фильтрлерді қолдану аймағы микропроцессор, арнайы  БИС және т.б. кең таралуымен және пайда болуына, олардың күн төмендеуі мен тез тәрізділігін т.б. байланысты үздіксіз кеңейетін болады.

Қазіргі уақытты микроэлектронды есептеу құрылғылары мен жүйелері көмегімен радиотехникалары сигналдарды  өңдеу  тәсілдері кең қолданылады. Аналогты тізбектерге тән жиілік фильтрациясын орындай отырып, сандық фильтрлар бірқатар артықшылықтарға ие. Мұнда, мысалы, параметрлердің жоғары тұрақтылығы, түрлі пішінді  АЧХ мен ФЧХ  алу мүмкіндігі жатады. Сандық филтрлар ЭЕМ де бағдарламалық  тәсілдермен оңай жүзеге асады және құруды қажет етпейді.

Сигналдарды  сандық өңдеу принципі. 8.1-суретте негізгі құрымдылық сұлбасы.

Үздіксіз кіріс сигналы, генераторлардан синхрондалған, дискретизация жиілігін беретін аналогты-сандық  түрлендіргішке енеді. АСТ шығысында синхронды импульсі беру мезетіндегі сигнал пайда болады, ол тіркелген разряд шамасы бар екілік сан түріндегі   лездік мән өлшемінің нәтижесін көрсетеді.

 

 8.1 сурет  – үзіліссіз сигналдарды сандық өңдеу құрылымды сұлбасы

 

Құрылғыны құру ерекшелігіне  тәуелді бұл санға не қысқа импульстер тізбегі тізбекті кодтағы беріліс) немесе бөлек разрядтардың сигналды мұналарындағы кернеу деңгейлерінің тізбегі сәйкес ( паралельді кодтағы беріліс)

Осы тәсілмен түрленген сигнал, арифметикалық қүрылғы  сандарға  бірқатар операцияларды  орындайды, көбейту, дискретизация интегралының  берілген   санына уақыт бойынша  қосу және ығыстыру  сияқты болып табылады. Жады құрылғысында кіріс және шығыс сигналдарының алдыңғы есебінің кейбір саны сақталуы  мүмкін, олар өңдеу операцияларын орындау үшін қажет.

Сандық процессор берілген фильтрация алгаритміне сәйкес оған түсетін сандарды түрлендіреді және шығысында шығыс сигналын көрсететін екілік сандардың тізбегін құрады. Егер болашақта  ақпаратты аналогты түрде орындау  қажет болса, онда сандық-аналогтық  түрлендіргіш қолданылады. Дегенмен, егер сигналдар тек сандық түрлендірулерге жатса, бұл құрылғы жоқ болуы мүмкін.

СФ негізгі техника көрсеткіші тез әрекет ету ол микроэлектронды кескіндердегі өтпелі үрдістердің ағу жылдамдығына, сондай-ақ фильтрация алгаритм күрделігіне де тәуелді.

Егер 70-ші жылдардың басында, СФ көмегімен өңделетін, сигналдардың шекті жиілігі бірнеше килогерцті құрады, онда жаңа заманғы микроэлектроника  жетістіктері бұл диапазондааы үздіксіз кеңейтеді. Сигналдардың сандық фильтрациясы салыстырмалы қымбат емес және сенімді микропроцессорлардың пайда болуымен, жаңа стимулға ие болады, сондай ақ үлкен интегралды сұлбалар техника бойынша орындалған, жады құрылғысы да ие болады.

Сигналдарды СФ кванттау. Кез келген сандық құрылғының спефикасы-сигналды шектелген разряды бар сандарды тізбек түрінде көрсету. Сондықтан сигналдардың лездік мәні деңгей бойынша, дискретизация интервалы аз екілік  разрядтың бірлігі болып табылатындай дискреттеледі.

Деңгейлері тек жұп сан мәнінің көптігіне ие бола алатын радиотехникадағы дискретті сигналды квантты сигналдар деп атайды. Сигналдарды кванттау, кванттау  шу атына ие болған, өңдеу барысындағы спецификалық қателікке әкеледі. Сол қателікті  төмендетудің тура жолы үлкен разряд шамасындағы екі ретті сандарды қолдану. Дегенмен бұдан сандарға операцияларды көп разрядты орындау барысындағы уақыттың өсуінен СФ тез әрекетілігі  міндетті түрде  төмендейді. Сондықтан сигналды сандық өңдеу мен дискретті басқару үшін миокропроцессорлық жүйелер тәжірибесінде  әдетте разряд шамасы 4-тен-16-ға шейін екілік сандарды қолданады.

Сызықты сандық фильтрацияның алгоритмі.

Сандық фильтрацияның  математикалық теориясы дискретті сигналдар жағдайына, үздіксіз сигналдар түрлендірілетін, сызықты жүйелердің барлық негізгі жағдайларын жібереді.

Сызықты станционарлық жүйе функция бұрандасы мен импульсті  сипаттамаға тең, оның шығысында тербеліс болатындай, үздіксіз кіріс сигналын түрлендіретіні белгілі  болғандай:

сызықты сандық фильтр анықтама бойынша, кіріс х(t) сигналының сандық есеп тізбегін, шығыс y{t), сигналының есеп тізбегіне түрлендіретін дискретті шама, немесе қысқартылған түрде

             y(t) =  .                                                                         (8.1)

 

Сызықты сандық фильтр туынды  коэффициентіне көбейтілген, кіріс сигналының кез-келген сан қосындысы бөлек  қосынды сомасына түрлендіретін қасиетіне ие.

 Дискретті сигналдар жағдайына 8.1 формуланы жалпылау үшін СФ импульсті сипаттама  түсінігін  енгізеді.

Ол анықтама бойынша, бірлікті импульске (1, 0, 0, 0, ...).                                                  СФ реакциясы болып табылады, дискретті сигналды{h_k},  көрсетеді.

Сызықты СФ, егер кіріс бірлік импульсін дискретсіз... Интегралдың кез келген санына ығысу барысында импульстік сипатама  пішін бойынша  өзгермей, сол түрде ығысы станционарлы болып табылады.

Мысалы,  (0, 1, 0, 0, ...) =>(0, h₀, h_l,h₂, ...),                                     

          (0, 0, 1, 0, ..)=>(0, 0, h₀, h₁ ...).                                

 Сызықты және стационарлы қасиетінен сызықты сандық фильтрацияның анағұрлым жалпы алгаритм шығатынын қарастырайық. {х_k}=(х₀, х₁, х₂, ...)-белгілі СФ кірісіндегі кейбір сигнал. Шығыс {у_к}:сигналының т-ді есебін жазайық:

у_т = x₀h_m + x₁h_m-1 + ...+ x_mh₀ = .                                                 (8.2)

 Сызықты сандық фильтрация теориясында жүргізуші орын алатын 8.2 формуласы, шығыс тізбек кіріс сигналының дискретті бұрандасы және фильтрдың импульстік сипаттамасы болып табылатынын көрсетеді. Бұл формуланың мағынасы қарапайым және көрікті: есептің әр мезетінде СФ кіріс сигналының алдыңғы мәндерінің барлығын өлшеген қосындысына операция жүргізеді, оған қоса, коеффициенттер тізбегі, импульстік сипаттама тізбегіне есеп жүргізеді. Басқа сөзбен айтқанда, СФ өткен кіріс әрекеттеріне қатысты, кейбір жадыға ие.

 Тәжірибелік қызығушылықты физикалық жүзеге асқан СФ көрсетеді, олардың импульсті сипаттамасы кіріс импулсінің беру мезетіне сәйкес, ол егер нүктеде нөлден айырмашылығы болуы мүмкін емес. Сондықтан физикалық жүзеге айналады және 8.2. қосындысын  К индексінің барлық оң мәндеріне таратуға болады.

 

 

 

 

          9 Дәріс. Сандық фильтрация алгаритмінің реализациясы

 

Дәріс мазмұны: дискретті және   рекурсивті фильтрлар.

Дәріс мақсаты: 

- сандық фильтрдың сызықты моделін оқу;

- сандық фильтрдың синтезін қарастыру.

 

Сандық фильтрдың сызықты моделі. Фильтр түсінігін сигнал өңдеу  берілген тәсілі бар кең мағынадағы құрылғы сияқты қолданылатын боламыз. Жиілікті құраушылардың анықталған аймақтарының өткізетін жиілікті фильтрлар  байқалғандай, фильтр алуандығының бірі болады.

Сандық фильтр есептеу техика қолдану негізінде сигналдарды өңдесе, онда, есептеу құрылғының кірісіне түсетін сигнал, сандық болу керек, демек, дискретті және квантты. Ереже бойынша, өңдеуге жататын бастапқы сигнал аналогты болып табылады; сондықтан сандық өңдеудің бірінші кезеңінде, оны сандыққа дискретизация мен кванттау жолымен түрлендіру аналогты-сандық түрлендіргіш деп аталады, құрылғыны жүзеге асырады.

Дикретизация, анықталған уақыт Т интервалдары алынған, уақыт бойынша үздіксіз есептер тізбегі сигналының ауасымен көрсетеді. Дикретизация, үздіксіз сигнал көрсету нақтылы жеткілікті сақтау үшін болатын жиілік пен жүзеге асуы мүмкін. Кванттау  бұл дискретті сигналдың кернеу таңдалуының ауысымы, олардың әрқайсысы мәннің сансыз көптігін қабылдауы мүмкін, соңғы сан мәнінің біреуін қабылдайтын кернеу таңдалысымен.

Кванттау есептеу барысындағы санның жуықтауына эквивалентті және нақтылық мәселесін шешу үшін қажеттілікпен жүзеге асуы керек. АСТ шығысындағы дискретизация мен кванттау сигналдық операциясын орындау нәтижесінде, есептеу құрылғысын өңдеу үшін жарамды, түрінде көрсетілген, сигнал таңдау тізбегін көрсетеді.

Есепті кванттау сигналды өңдеу трактасындағы кейбір бөгеттің пайда болуы сияқты қарастыруға болады. Оның максималды мәні кванттау қадамының жартысынан аспайды. Егер кванттау  қателігі айтарлықтай  аз болса, онда , фильтр дискреттерген сигналды таңдаудың нақты мәнінің түрлендіруін жүзеге асырады. Дискретті аналогты сигналды таңдау кванттылығымен туындаған қателікті ескеру қажет болса, онда бұл қателіктің сандық фильтрмен туындауымен  түрленуін қоса қарастыру қажет. Сонымен,  екі жағдайда дискретті сигнал есептер тізбегі фильтрі арқылы өтуін қарастыруға болады. Бірлікті импульске тізбек реакциясын, тізбектің импульсті сипаттамасы деп аталады. Аналогты тізбек үшін ол функцияны көрсетеді. Егер бірлікті импульсті сандық фильтрдың кірісіне берсе, онда оның шығыс кернеу дискретизация интегралы деп аталады, Т интервалы бар, мәндердің дискретті тізбегін көрсетеді. Бұл сигнал сандық фильтрдың импульстік сипаттамасы болып табылады.

Импульстік сипаттамасы G{kT)  бар тізбекке сигналмен х(кТ), әсер еткенде, мәндердің тізбегін көрсететін шығыс сигналы у(кТ)   дискретті  бұрандамен анықталады:

у{кТ) = .                                (9.1)

 Бұл формула к-нші таңдаудың мәнін анықтайды. Шығыс сигналын табу үшін оны тізбекті есептеу у(0); у(Т); у(2Т).  үшін қолдану қажет. Бірлік импульсіне реакция:

 у(кТ) = G(kT) =   .                                                   (9.2)

Егер бірлік импульсына реакция фильтрі есептердің соңғы санымен көрсетілсе, онда G(kT)  мүшелердің соңғы санымен құралады, мысалы, к = 3 болғанда

у(кТ)=G(kT)=δ(kT)g(0)+δ[(k–2)T]g(2T)+δ[(k–З)T]g(ЗT).                    (9.3)

Бұл өрнекке рекурсив емес  сандық фильтрдың сызықты моделі сәйкес келеді (кері байланыс тізбегі жоқ) 

9.1 сурет – рекурсивті емес сандық фильтрдың сызықты модел

 

Рекусивті емес  фильтрды тәжірибелі жүзеге асыру үшін импульс сипаттама G(kT) мүшенің соңғы саны бар тізбекті көрсетуі керек.

Егер импульс сипаттама сан мәні бойынша тез азаятын есептің шексіз санын енгізссе, онда, аз мәндері бар есептерді лақтырып, олардың соңғы санымен шектелуге болады. Егер импульс сипаттаманың есебі сан мәні бойынша азаймаса, онда рекурсивсіз фильтрды жүзеге асыру мүмкін емес.

Рекусивсіз фильтрге эквивалентті, кері байланыс тізбегіне ие, фильтрды рекурсивті д.а ( 9.2 суретті қара). Рекусивті фильтрдің рекусивсізге қарағанда сұлбасы мен сәйкес алгоритмі карапайым. Сонымен, рекурсивсіз фильтр үшін, шығыс сигналының бір мәнін анықтау үшін, 2 к операциясын орындау қажет, ал рекурсив үшін – тек екі операцияны орындау қажет. Сондықтан, егер сандық фильтрдің импульс сипаттамасы есептесудің үлкен санына не болса, онда рекурсивті сұлбаларды қолдану мақсатты.

Рекурсивті емес сұлбаны есептің үлкен емес санына ие, импульс сипаттамасына ие фильтрларды жүзеге асыру  бойында қолдану қажет. Сандың диекретті фильтрларға арналған, техника әдебиетте басқа да терминология қолданылуы қажет: соңғы импульс сипаттамасы және шексіз импульс сипаттамасы бар фильтрлер ( ШНС – фильтрлер). Кез   келген   нақты рекурсивсіз фильтр СНС – фильтры болып табылады. Ереже бойынша, рекурсивті фильтрлер, ШНС – фильтрлер б.т., дегенмен, СНС – фильтрлерді көрсететін рекурсивті фильтрлерді кұру мүмкін.

 

 

 

 

 

9.2 сурет– Модель рекурсивного цифрового фильтра

 

 

Сандық фильтрлерді талдау. Үлкен тәжиребилік мәнге қажет импульс немесе жиілікті СФ сипаттамасы бар. СФ талдау тәсілі не. Олардың аналогты прототиптерінің берілген сипаттамасы бойынша СФ талдауының кейбір шарттарын қарастырайық.

Аналогты прототиптің g(t) импульс сипаттары бойынша берілген талдау. СФ дискретизация  нәтижесі болып табылады, импульстік сипаттамасымен жасалады, демек, оның есебі g(k)=g(kΔ). Егер СФ импулсьтік сипаттамасында қосындылардың соңғы санымен шектелсе, транверсальді фильтр түріндегі жүзеге асуды аламыз. Шектелген санында рекурсивті фильтр  түріндегі жүзеге асуды аламыз.

 

Берілген жиіліктегі сипаттама бойынша СФ синтезі ( немесе операторлы беріліс) Жиіліктегі сипаттамасы аналогты ќцф(ω)  прототиптің жиілікті сипаттамасын қайталамайтындай СФ приципиалды түрде құруға болмайды, өйткені, дискретизация жиілігінің периодты функциясы болып табылады. Дегенмен, аналогты тізбекті сипатайтын жиіліктің бүкіл интервалы, сипаттаманың пішіні ќ(ωа),  сақталатын жиілік кесіндісіне түрленуін  талап ету қажет, соған қоса

 

 

 ,                                                                                   (9.1)

 

Р жазықтығынан Ғ жазықтығына өту үшін егер (сандық фильтрды көрінетін) қатынасын қолдансақ

 

Онда  аналогты эквиваленттің  жиілікті сипаттамасынан СФ жүйелі функциясына формальды түрде өтеміз. Дегенмен, егер тиянақталған параметрі  бар   тізбектер үшін Р-дан екі полиномдардың қатынасын  көрінетін, аналогты прототиптің беріліс функциясы үшін өрнекке    қойсақ ( бөлшекті-рационалды функция) , СФ физикалық жүзеге аспайтын жүйелі функцияны аламыз, өйткені ол    z-тан екі полиномдардың қатынасымен  көрсетіледі.

       Жүзеге  асатын фильтрге алып келетін, Р-дан  Z-ке шейін сондай түрленуін табуымыз керек, бірақ сонымен бірге түрленудің  негізгі қасиетін сақтаушы еді, демек, Р жазықтығының күдікті осіндегі нүктелерін Z  жазықтығының бірлікті айнала нүктесіне ауыстырушы еді. СФ синтезі үшін бисызықты түрлену кең қолданыс тапты.

 

  10 Дәріс.   Баттервортдың және Чебышевтың  сипаттамалары мен

                     ТЖ  фильтрлар

 

Дәріс мазмұны: ТЖ фильтрлардың берілген сипаттаммалары.

          Дәріс мақсаты: ТЖ фильтрлардың берілген сипаттаммаларын  оқу.

 

 

           Баттерво́рта  фильтрі  —  электронды фильтрлардың бір түрі. Бұл класс фильтры басқалардан  жобалау тәсілі бойынша ажыратылады. Баттерво́рта фильтрі оның амплитудалы жиілікті сипаттамасы өзкізу аймағы  жиіліктерінде максималды майда болатындай жобаланады.

Баттерво́рта фильтрының АЖС өткізу аймақтары жиіліктерінде максималды майда болады және қысым аймағы  жиіліктерінде айтарлықтай нөлге дейін төмендейді. Логарифмдік АФЧХ Баттерво́рта-фильтрінің жиілікті шығарылуын көрсеткенде, амплитуда қысым аймағы, жиіліктерінде минус  шексіздікке шейін төмендейді. АЖС бірінші ретті фильтр жағдайда  октавадағы 6 децибел жылдамдығымен өшеді. (декададағы-20 децибел) нақтысында бірінші ретті барлық фильтрлер түріне тәуелсіз идентті және бірдей жиілікті  шығаруға  ие) Екінші ретті  АЖС Баттерво́рта   фильтры үшін -18дб және тоғы солай. АЖС Баттерво́рта фильтрі үшін жиіліктің монотонды азаятын функция.

 

 

Баттерво́рта  фильтры –анағұрлым жоғары реттер АЖС түрлі пішініне ие.

 

 

10.1 сурет – Төменгі жиіліктегі 1 мен 5 реттігіндегі Баттерворта фильтрі үшін АЖС (АЧХ). Сиппатама (наклон характеристики) — 20n дБ/декад, бұнда n — фильтрдің реті

 

Амплитудалық жиілік мінездемесі сүзгішті n-реті Баттерворта фильтрінің амплитуда-жиіліктік сипаттамасы беріліс функциясынан  алынуы мүмкін  H(S)

 

 ,                                                             

(10.1) мұнда n -  фильтр реті;  ω_c – қима жиілігі (тұрақты құраушы бойынша күшеюі коэффициенті −3dB);  G₀ - тұрақты құраушы бойынша күшеюі коэффициенті (нөлдік жиіліктегі күшеюі).

АЖС      шексіз мәндері үшін тікбұрышты функция болатынын байқау оңай және қима жиілігінен төмен жиіліктер күшеюі коэффициенттер өтеді, ал қима жиілігін жоғары жиіліктер толығымен қысылады.   соңғы мәндері үшін сипаттамасы түсуі жайлі  болады.

Беріліс функцияның полюстері сол жарты жазықтығында бір-бірінен бірдей қашықтықта радиус аймағында орналасқан. Демек  Баттерворт беріліс функциясын  s- жазықтығының  сол жарты жазықтығында оның беріліс функциясының полюстерін анықтаумен ғана анықтауға болады.  -ші полюс келесі өрнекпен анықталады:

 

   ,                                               (10.2)

 

Бұдан

 

.                                                                         (10.3)

 

Беріліс функциясына мына түрде жазуға болады:

   .                                                                  (10.4)

Аналогты тұжырымдамалар Баттерворт сандық фильтрының қолданысты, қатынастар  s- жазықтығы үшін емес,  z- жазықтығы үшін жазылатын қатынастар айырмашылығымен.

Бұл беріліс функциясының Баттерворт  полиномы ауыспалы деп атайды.

 

10.2 сурет – АЖС  Чебышевтың 1 ретті төрттік ретті ω0 = 1 и

 

 Чебышев фильтрі — сызықты аналогты немесе сандық фильтрларының бірі амплитудалы-жиілікті сипатаманың анағұрлым қисық түрі болып табылады және  амплитудасы-жиілікті сипаттаманың нақты пульсациялары, фильтрдың басқа түріне қарағанда өткізу мен қысылу аймақтарында.

Фильтр XIX атақты орыс математигі Пафнутия Львович Чебышев құрметіне атқа ие болды, өйткені бұл фильтрдың сипаттары Чебышевтің көп мүшеде негізделеді.

  Чебышева фильтрлары әдетте, АЖС қажет сипаттайтын үлкен емес ретті фильтр көмегімен қамтамасыз етілетін жерде қолданылды, жиі түрде жиілігінің қысылу аймақтарын жақсы ығысуы  онша маңызды емес.  

 Чебышевтың фильтрлары  I және  II  ретті болады.

Бұл анағұрлым жиі кезігетін  Чебышев фильтрдың модификациясын  n-ретті мұндай фильтрдың амплитуда-жиілікті сипаттамасы келесі өрнекпен беріледі:

 

,                                                   (10.5)

                                 

мұнда  — пульсация көрсеткіші,, ω0 — қима жиілігі, а Tn(x) —   -ретті Чебышева көпмүшесі

Мұндай фильтрдің өткізу аймағында пульсациялар көрініп тұр, олардың амплитудасы пульсация көрсеткішімен анықталады. өткізу аймағында  Чебышев 0 ден1-ге дейін мән қабылдайды,сондықтан фильтрдың күшеюі коэффициенті максимал  мәннен минималға  дейінгі мәндерді қабылдайды. Жиілік ω0 қимасындағы күшеюі коэффициенті мәнге ие болады, ал одан жоғары жиіліктерде жиілік өсуімен азаюды жалғастырады.  (Ескерту: кәдімгі жиіліктікі сияқты қима жиілігінің анықтамасы, АЧХ -3дб фильтр жағдайда мәніне ие болғанда, Чебышев филтры жұмыс істемейді ).

10.3 сурет  – Типті ФЖС және фазалық Чебышев фильтрын  I рет 10--ыншы ретінде ұстап қалу

 

 Аналогты электронды Чебышев фильтр  жағдайда оны реті оны жүзеге асыру барысында  қолданған, реактивті компоненттер санына тең.

 Чебышев фильтрлары жиі түрде сандық пішінде жүзеге асады. Аналогты фильтрдансандыққа өту үшін, фильтрдың әр каскадына бисызықты түрлендіруді жүзеге асыру қажет. Бүкіл фильтр каскадтарды тізбектегі қосылу жолымен алынады.

Жоғары жиіліктердің фильтры, жоғары жиілікті және төменгі жиілікті қысым сигналдарын өткізетін сигналдарды көрсететін құрылғыны айтады. ЖЖФ беріліс функциясын ТЖФ беріліс функциясын алуға болады.

10.4 сурет

 

11 Дәріс. ЖФ  және ЖПК-ны  іске асыру

 

Дәріс мазмұны: жолақ өткізгішті фильтрлар реализациясы және жоғарғы жиі-

                             лікті фильтрлар                            

Дәріс мақсаты: - жоғарғы жиілікті фильтрлардің олардың реализацияларын оқу;

                             - жолақ өткізгішті фильтрлар және олардың реализацияларын оқу.

 

Жоғары жиіліктердің фильтры, жоғары жиілікті және төменгі жиілікті қысым сигналдарын өткізетін сигналдарды көрсететін құрылғыны айтады. ЖЖФ беріліс функциясын ТЖФ беріліс функциясын алуға болады.

Баттерворттың  ЖФ 11.1 суреттегі сипаттамаға ие, онда  Чебышев фильтр сипаттамасы өткізу аймағындағы пульсациялармен сипатталады.

 

 11.1сурет  – Идеалды және  ретті  АЖС  ЖЖФ

 

 

11.2  сурет  – АЖС ЖЖФ Чебышев сипаттамасымен

 

 Аймақ-өткішгіш фильтр шамамен орта жиіліктің ω₀.  аймағында орналасқан; BW өткізу аймағы бар жиілік диапазонында сигналдарды өткізетін құрылғы.

 

11.3     сурет – Идеалды және  и реалды АЖС

 

11.3       суретте аймақ-өткізуші фильтрдың идеал және нақты АЖС көрсетілген _L және  ω_U қима фильтрдың сәйкес төменгі және жоғарғы жиіліктері. Өткізу аймағындағы жиіліктік сипаттама кейбір анықталған мәннен ешқашан аспайды.

 

11.4 сурет – әртүрлі  мәндердегі  Баттерворт АЖС-ы 

 

Q=ω₀/BW қатынасы фильтр өзінің сапа сипаттамасы және оның таңдау өлшемі болып табылады. Q – дың жоғары мәніне өткізудің салыстырмалы жіңішке аймағы сәйкес келеді және керісінше Q –дің төмен мәніне-өткізудің кең аймағы сәйкес келеді.

Радиоқабылдағыш деп радиожиілікті және оптикалық диапазондағы электрлікті толқындар көмегімен жіберілетін хабарды қабылдау үшін арналған  құрылғыны айтады.

Ақпаратты жіберудің  кез-келген жүйесіндегі радиоқабылдағыш құрылғының орны 12.1 суретте көрсетілген.

 

 

 

11.5 сурет – 4-ретті  реалді  фильтрдің  Баттерворт  АЖС-ы

  

12 Дәріс.  Радиқабылдағыш құрылғысы туралы жалпы және құрылымдық мазмұны

 

Дәріс мазмұны: радиоқабылдағыш құрылғысы туралы негізгі мағлұматтар .

Дәріс мақсаты:  - қабылдағыш әсер прициптерін және сипаттамсын оқу;

                                        - қабылдағыштардың  классификациясын және

                                          құрылымдық сұлбасы;

                                        -  қабылдағыштың функцияналды негіздерін оқу.

 

Радиоқабылдағыш деп радиожиілікті және оптикалық диапазондағы электрлікті толқындар көмегімен жіберілетін хабарды хабылдау үшін арналған құрылғыны айтады.

Ақпаратты жіберудің  кез-келген жүйесіндегі радиоқабылдағыш құрылғының орны 12.1 суретте көрсетілген.

 

12.1 сурет – кез келген ақпарат беріліс жүйесіндегі радиоқабылдағыш құрылғы

 

РҚҚ негізгі функциялары:

      1) Радиотолқынды аулау мен электрлік  өрістің энергиясын электр тербелістердің энергиясына түрлендіру. Бұл функцияны РҚҚ  орындайды.

      2)Жіберілген хабарламаға сәйкес өзгеретін, қабылданған радиожиілікті тербелісті кернеуге түрлендіру. Бұл үшін шудан сигнал функциясын жүзеге асыру қажет, оның күшеюі  мен детекторленуі. Бұл функцияларды дербес түрде радиоқабылдағыш орындайды.

      3) Дыбыс, экрандағы көрініс, мәтін жазуы және т.б. түрінде жіберілген хабарламаның туындысы. РҚҚ-дың оның негізгі функциясымен анықталатын, іріленген құрылымдық сұлбасы 12.2 суретте көрсетілген.

 

12.2 сурет – радиоқабылдағыш құрылғысының құрылымды сұлбасы

 

Қабылдағыш радиотракт сапасының негізгі көрсеткіші сезімталдық болып табылады. Сезімталдық қабылдағыштың әлсіз радиосигналдарды қабылдау қабілеті аталады. Қабылдағыштың таңдау бұл қабылдағыштың пайдалы сигналды бөгет ететіндерден бөлу қасиеті. Оның АЖС бойынша анықталатын, қабылдағыштың  маңызды көрсеткіші өткізу аймағы болып табылады. Мұнда, өткізу аймағындағы АЖС бірқалыптылығымен берілетін, амплитудалы-жиілікті ақаулармен деңгейі шектіктен аспайды. Радиотракт детектордың қалыпты жұмысы үшін қажет деңгейге дейін сигналдарды күшейту үшін арналған және бөгет сигналдың қысымы.

Детектор, жіберілетін хабармен модульденген, жоғары жиілікті тербелісті төмен жиіліктіге түрлендіреді, ол модульденген сигналға мәйкес.

Қабылдағыштың құрылымдық сұлбасы бәрінен бұрын радиотракт құрумен ажыратылады. Анағұрлым қарапайым тура детектрлеу қабылдаушысы болып табылады, оның құрылымы 12.3 суретте көрсетілген.

 

12.3 сурет – тікелей детекторлеу қадылдағышының құрылымды сұлбасы

 

Тура  кушейткіш қабылдағыштың сұлбасы 12.4 суретте көрсетілген. Бұл қабылдағыш сигнал мен ШТ бірге ауысатын жиілікке құралған радиожиілік күшейткішінің болуымен ажыратылады.

 

 

12.4 сурет  – қабылдағыштың тікелей күшейткішінің құрымдылық  сұлбасы

 

Бұл қабылдағыштың кемшіліктері:

1) Құру жүйесінің күрделігі

2) Күшейтуді жоғары жиілікте қамтамасыз ету қиындығы, ал соның салдарынан, қабылдағыштың салыстырмалы төмен жиілігі. Өздікқозу қауіптілігі туындады.

3) Ауысу кезіндегі радиотракт параметрлерінің тұрақсыздығы болып табылады.

Аталған кемшіліктің тек супергетерагинді қабылдағыш сұлбасы ажыратылған.

Радиотрактта сигнал күшеюінен басқа қабылдағыштан тербелістің түрленуі жүзге асады. Ондай қабылдағыштағы (жиілігі) сигналдар жиілігі түрлендіргіште түрленеді, ол араластырғыш, көмекші тербелістер генераторынан гетеродин мен фильрдан тұрады, (мысалы, жиналған селекция фильтры), фиксирленген тербелістеріне, негізгі күшеюі мен жиілікті таңдау жүзеге асатын, аралық жиілік деп аталады.

Аралық ретінде қолданылатын тасымал жиілігі.

 

.

 

12.5 сурет  – супергетеродинді қабылдағыштың құрылымды сұлбасы

 

Тура түрлену қабылдағыштың құрылымдық сұлбасы 12.6 суретте  көрсетілген.

 

12.6 сурет  – қабылдағыштың тікелей түрлендіргіш құрылымды сұлбасы

 

Мұндай қабылдағыш супергетерадиндіден  f_г=f_c және түрлі f_пр = 0  түрлену кезінде таңдалуымен ажыратылады. Гетеродин СС синхронизация тізбек фазасына дейінгі нақталықтағы сигналға қатысты синхрондалған. Оның артықшылығына қарапайымдылықпен 3К жоқтығы жатады. Кемшіліктері –ФАПЧ жүйеісін құратын  және тракт сызықтылығына жоғарылаған  талаптары синхронизация тізбегінің төмен ақаулығы.

Супергетеродитті қабылдағыштағы ақаулардың негізгі көзі қабылдаудың жанама (аралас) каналдың болуы болып табылады.  

 

13  Дәріс. Радиоқабылдағыш  бөгеуілдері

 

Дәріс мазмұны: супергетеродинді қабылдағышта ұқсас арналар қалбылдауы.

Дәріс мақсаты : 

- ішкі бөгеуілдер және олардың көздерін оқу;

- қабылдағыштағы ішкі шуылдарды оқу;

- шуылдың статистикалық сипаттамаларын оқу.

 

Супергетеродитті қабылдағыштағы ақаулардың негізгі көзі қабылдаудың жанама (аралас) каналдың болуы болып табылады. Қабылдағыш радиостанциядан  fг = fс тұрады ( 13.1суретті қара). Бұл үшін қабылдағышта гетерадин жиілігі орнатылады, ол кезде  fг  бұдан егер  fпр = fг - fс. Кірісіне гетеродин жиілігі немесе оның гармоникасы әсерлесу барғанда сигнал кірсе, сондай ақ аралық жиілікке түрленеді, онда мұндай сигнал пайдалы сигнал сияқты шығысқа өтеді.

Қабылдағыштың бірнеше  бүйірлі құбыр жиіліктері 13,1 суретте көрсетілген  

 

13.1 сурет – супергетеродинді қабылдағыштың спектральді  диаграммасы

 

Қабылдағыштың бірнеше  бүйірлі құбыр жиіліктері 13,1 суретте көрсетілген  және  f₁, f₂, f₃, f₄. сәйкес келеді. Бұдан, гармоника сигналы  түрленбейтіні тұжырымдалады, демек түрлендіргіш  сигналға қатысты сызықты. Теріс жағдайда сигнал аралық жиілікке тасымал кезінде ақауланады. f₁ = f_пр   жиілігі тура өту каналына сәйкес. Бұл жиілік сигналы ПРЧ арқылы күшейткіш немесе пассивті тізбек арқылы сияқты түрленуісіз өтеді. Жиілігі f_з= f_зк айналы құбырға сәйкес, пайдалы сигналдан 2f_пр  

Қабылдағыштың жанама құрылымдық  ең қауіптісі айналы құбыр болып табылады. Сондықтан көрсеткіштің негізгілерінің бірі айналы құбыр бойынша таңдау болып табылады. КТ пен РЖК  РҚ алдыңғы фильтрация функциясын орындайтынын еске ала отырып, оларды әдетте преселектор деп атайды.

Аралық жиілікті таңдау РҚ негізгі көрінісіне әсер ететіні көрсетіледі. Жоғары бойлаған сайын, айналы құбыр бойынша таңдауды қамтамасыз ету жеңіл, бірақ санымен аралық жиілік трактасында үлкен тұрақты күшеюі мен фильтрацияны қамтамасыз ету қиын. Басқа жағынан  төмендеуі преселекторды таңдау  нашарлығы мен қабылдау антеннасы арқылы гетеродин тербелісінің шағылысу ықтималдылығының көбеюіне алып келеді. (преселектор құру жиілігіне гетеродин жиілігінің жақындығы) .Сонымен, жиілікті таңдау теріс талаптармен шектелген. Сондықтан қабылдағыштар қатарында жиіліктің көп ретті түрлеуі қолданылады. Бірінші  түрлендіруде жиілігі     жеткілікті жоғары болып таңдалады, 3К бойынша ақауларды фильтрлеу қарапайымдылығы үшін, екінші түрлендіруде жеткілікті төменгіде, ол көрші станция функциясы мен үлкен күшеюіді қамтамасыз етеді. Оның шекті сезімін анықтайтын, РҚ шулы көрсеткіштері ерекше мәнге ие. Қабылдағыштың дербес шу деңгейін бағалау үшін шу коэффициент   түсінігі енгізіледі. Ол құрылғы шығысындағы жалпы шуда РҚ дербес шу деңгейін бағалайды.

 

Кез-келген  төрт полюсті шу коэффициенті

 

  

    .                                              (13.1)

                             

Мұнда  P_{швых ид}  -   идеалды шуламайтын төрт полюсті шығысындағы шу қуаты;P_шсоб –   төрт полюсті  дербес шулары.

 

  .                                                                                             (13.2)

          Шу  коэффициенттерін интерпретациясы ретінде мына қатынас қызмет етуі мүмкін: P_c/P_ш   

          Кейде, әсіресе азшулы құрылғылар үшін, шулы температура түсінігімен қолдану ыңғайлы. Шулы температура Т_ш=(Ш-1)*Т₀.сигнал көзі кедергінің температурасын қанша есе өзгеретінін көрсетеді, оны, шулы емес деп есептеу  үшін,  нақты күшейткіш беретін, шығыстағы қуатты алу үшін арналған

 

               (13.3)

 

Бұдан, әр келесі каскадтың шудың жалпы коэффициентіне әсері алдыңғыдан аз және  бұл азаю алдыңғы  каскадтардың беріліс коэффициенті неғұрлым жоғары болса, соғұрлым байқалады. Сонда РҚ-та жоғары шекті сезімталдықты қамтамасыз ету үшін, демек, төмен шу коэффициенттерін, бірінші каскадтарды аз шулы ғып  орындауға ұмтылады және қуат бойынша күшеюдің үлкен мүмкін коэффициенттерімен орындауға болады.

 

14 Дәріс. Радиоқабылдағыш құрылғының кіріс тізбектерін оқу

 

Дәріс мазмұны: радиоқабылдағыш құрылғысының кіріс тезбектері туралы негізгі мәліметтер.

Дәріс мақсаты: 

- кіріс тізбектерінің сипаттамасын оқу;

- КТ әртүрлі диапазондарын және олардың ерекшеліктерін оқу.

 

(КТ)Кіріс тізбегі- антеннасы қабылдағыштың бірінші күшейткіш немесе түрлендіргіш  каскадпен жалғастыратын тізбекті айтады. КТ негізгі қызметі*пайдалы сигналды антеннадан бірінші активті элемент кірісіне жіберу (АЭ) және ақаудың алдыңғы фильтрациясы.

Бұдан сапа көрсеткіштеріне негізгі  талаптар:

1)     Қуат бойынша үлкен беріліс коэффициенті болуы мүмкін. Бұдан шу коэффициенті Ш_ВЦ=1/К_рВЦ  азаяды.

2)     Алдыңғы функцияны қамтамасыз ету айналы Se_зк құбыр бойынша селективтілікке  қояды, бұдан, қабылдағыштарды өткізу аймағында шекті бірқалыпсыздыққа.

3)     Берілген f0min нан  f0max.ға диапазонда КТ құруды қамтамасыз ету

4)     Диапазон бойынша жіберудің резонансты коэффициентерінің  шекті K0  өзгерістері.

5)     Енгізілетін реактивті өткізгіштер есебінен, КТ шекті құру.

 

Әдетте КТ пассивті төртполюсті көрсетеді, ол бір немесе бірнеше тербелмелі контурдан тұрады. Ол қабылдағыштан сигналдар жиілігіне құрылған. Радиотаратушы қабылдағыштарда  және екіконтурлы қолданылады.

 КТ антенна мен келесі каскадтың кірісі бар контурдың байланыс тәсілдері мен фильтр түрлері бойынша топталады. 14.1 суретте келесі каскад кірісі бар антеннасы, трансформатты, автотрансформаторлы  сұлба келтірілген. 14.2 суреттегі сұлбасында сыйымдылықты  және антенналы байланыстары қолданылған және АЭ кірісіне кіріс контурының  толық қосылуы  қолданылған. 14.3 сурет сұлбасында кіріс контур автотрансформаторлар арқылы антеннана фидерімен   байланысқан. Бұдан басқа, кіріс контурдың антеннасы және аралас  тікелей байланысы  бар. (КТ ферритті магнитті антеннасы)

 

                    14.1 сурет                                          14.2 сурет

14.3 сурет – Автотрансформаторлы байланыс антенна контурымен

 

 

Жиіліктің берілген диапазонында индуктивпен сыйымдылықты өзгерте отырып, контурды ағынды құру керек.

Дегенмен құруды сыйымдылықты өзгерте отырып жүзеге асырған мақсатты, өйткені тек осы жағдайда оның резонансты  беріліс коэффициентін анықтайтын, контур бөлшегі құру жиілігіне  тәуелді емес. Бұдан, сыйымдылықпен құру контурдың параметрлігінің күрт өзгерісімен жүреді. (өткізу аймағы  мен эквивалентті кедергі жиілікке пропорционал) сыйымдылықпен құруда диапазонда жабу коэффициенті:

 

                                                                       (14.1)

Егер қабылдағыш жиілігінің кең диапазонында (Кд>3),  жұмыс істеу керек болса, онда диапазонды жарымдиапазондарға бөледі. Біржарым диапазоннан басқасына өту индуктивпен жүзеге асады. Диапазондарды жарым диапазондарға бөлудің негізгі тәсілдері тұрақты жиілікті интервалдармен (f_0imax-f_0imin=Δfпд=Const)  және  тұрақты жабу коэффициентерімен Кпд=f_0imax/f_0imin=Const.  бөгеу болып табылады. Екінші тәсілде, әдетте жарым диапазондардың аз саны қажет, сондықтан ол анағұрлым тиімді. Сол уақытта жиілік өсуімен бірге сол жағдайда құру тығыздығы өседі.

Қазіргі уақытта ауыспалы сыйымдылықты  үлкен механикалық конденсаторлар орнына әдетте варикапты қолданады, олардың негізгі артықшылығы-аз өлшем, механикалық сенімділік, автоматты және дистанционды құрудың басқару  қарапайымдылығы.

 

14.4 сурет  – варикап базасындағы КТ сұлбасы

 

 Варикаптардың кемшілігі олардың сипаттамаларының нақты сызықсыздығы болып табылады. Сызықсыз  эффектілерді әлсіретуге екі варикаптарды қарсылықты тізбекті қосуды қолданып жетуге болады.

КТ беріліс K0   коэффициенті контурда бірдей шунттауда максималды, антенна, сондай-ақ келесі каскад кіріс жағынан, демек, онда                                                                        (14.2)

 

 K0max  мәні  Ψ. шунттау коэффициентіне тәуелді екені көрініп тұр. Коэффициент шунті Ψ.  Ψ = 1 болғанда (m1=m2=0) K0max=0 (антеннадан АЭ кірісіне энергия берілісі жоқ). Бұдан  Ψ>>1 (аз шығындары бар контур) анағұрлым үлкен мәнге ие болды.

                                                                                (14.3)

 

                                                                                                             

Шығынсыз идеал контур жағдайда енетін өткізгіштердің теңдігі біруақытта антенналы кіріс конденсатордың келісіміне сәйкес, сонымен қатар келесі каскад кірісімен сәйкес, ол анағұрлым  теориялық мүмкін күшеюі коэффициентін  алуды қамтамасыз етеді. Нақтысында шарт келісімге бір жағынан да сәйкес келмейді, сондықтан кейде оңтайлы келісудің шарты деп атайды. Құрылған антенналармен жұмыс істеу барысында әдетте тізбек антеннасын КТ-мен келістіруге тырысады. Келісім шарты антенналы тізбектен активті өткізгіш контурына енгізілетін  теңдікті тұжырымдайды және АЭ кіріс өткізгіштің ескерумен дербес резонансты өткізгішпен:

 

                                                                        (14.4)

 

Келісім үшін  қажет қосылу коэффициенті

 

                                                        (14.5)

 

 

 

15 Дәріс.   Әртүрлі диапазондағы КТ

 

Дәріс мазмұны: құрастырылған және құрастырылмаған антенналар

                             езеіндегі КТ .

Дәріс  мақсаты:  - қабылдағыш қорғау  және кіріс тізбегіндегі элементте

                                 рді оқу;

                                          - әр түрлі диапазон жиіліктеріндегі кіріс тізбектерінің 

                                          негізгі есептеулерін оқу.

 

100МГц- тен төмен жиіліктер жұмысында  кіріс тізбегінің контуры тиянақталған  LC – элементтерді  жүзеге асады.

 300МГЦ- тен жоғары жиілігінде конденсатордың индуктивті катушкасы бір толық емес орамға жиналады, ал қажет сыйымдылық монтаж сыйымдылықпен бірге транзистордың кіріс сыйымдылығымен өлшемді болады және ол контур қимасына айналады.

Сонымен, 1 м қысқа толқын ұзындығы диапазонында тербеліс контур ретінде таралған параметрліктері бар тізбектер қолданылады. Тиянақталған параметрлік бар тербелмелі контур метрлік және анағұрлым ұзынтолқынды диапазондарда 200-220 МГц жиілік ретінде қолданылады..

Толқынның  дециметрлік диапазонында кіріс тізбектерінде коаксиалды резонаторлар қолданылады. Олар бір ұшында қысқа тұйықталған, коаксиалды желелердің ширектасқынды қимасын көрсетеді.

Мұндай резонаторлардың артықшылығы жоғары бөлшектік, тұрақтылық, механикалық беріктік, конструкция қатаңдағы, нақты өздік экрандау, ол басқа элементтер жағымсыз байланысын және шағылысу шығынын жояды.      Коаксиалды резонаторлар  металлокерамикалық лампалар, дискілермен шықпалармен жақсы тұйықталады.

Резонансты желіге енетін көптеген жағдайдағы шығындар оның дербестігінен анағұрлым асады, сондықтан оны шығынсыз  идеалды деп айтуға болады. Резонансты желінің антенналы фидермен байланысы автотрансформатты, трансформаторлы, сыйымдылықты болуы мүмкін. Резонансты желілердің құрылуын сыйымдылық немесе әрекет ететін  l_k.  жүзеге асыруға болады

 

 

15.1 сурет –   Коаксиальді  резонатор байланысы

 

Толқындардың сантиметрлік және миллиметрлік диапазонында қабылдағыштың кіріс тізбегі толқын тәрізді тракттан тұрады, оның бөлек аймақтары дара немесе байланысқан көлемдегі резонаторларды көрсетеді. Олар тұйықталған металл қабықшамен түзіледі, оның ішкі  аймағында  резонатор қабырғасында айырғыш көмегімен электрлі өріс қоздырады, түйін  көмегімен қоздырады (15.2 суретті қара).

Көлемді  резонаторлардың артықшылығы:  жоғары бөлшектік,  тұрақтылық, ыңғайлы өлшемдер, айтарлықтай идеал экрандау. Көлемді резонатор трансформатирленген  элементтер қызмет етеді. Соңғы уақытта коаксиалды желілер мен толқын өткізгіш  қималардың орнына микроаймақты желінің қималарын қолданады.

 

 

 15.2 сурет –  Көлемді резонатор байланыс түрлері

 

 

АЖЖ қабылдағыштың кіріс құрылғылары конструкторлық қатынаста белгісіз. Жүгірме толқынның лампасынан, параметрлік күшейткішін, туннельді диодтағы күшейткіш немесе кристалды түрлендіріп тұратын, жоғары жиілікті блокпен байланысқан. Сондықтан оларды бірге қарастырған ыңғайлы.

                                                      

16 Дәріс. Жоғарғы жиілікті күшейткіштер

 

Дәріс мазмұны : РЖК туралы негізгі мәліметтер.

Дәріс мақсаты :  - РЖКтегі кері және транзисторлы күшейткіштерді оқу;

-         талғағыш күшейткіш орнықтылығын және оның

     өсім қабілеттелігін оқу.

 

 Қабылдау құрылғысында қабылданатын радиосигналдарды күшейту демек, радиожиілікті және жиілікті түрлендіруден кейін-аралық жиілікте оның преселекторында жүзеге асады.. Сәйкес радиожиілік күшейткіш пен аралық жиілік күшейткішін  ажыратады. Бұл күшейткіштерде күшеюмен  бірге қабылдағышты жиілікті таңдау қамтамасыз етіледі. Бұл үшін күшейткіштер резонансты тізбектерге ме: дара тербелмелі контурға, байланысқан контурлар фильтрлар, мұқият таңдалған  түрлі фильтрлар түрі.

 Айнымалы құрылысы бар радиожиілік күшейткіштері әдетте таңдау жүйесімен орындайды, қабылдағыштың кіріс тізбегіне қабылданғанға аналогиялық, бәрінен жиі түрде бұл бірконтурлы таңдау тізбектері.

Аралық жиілік күшейткіштерде  таңдау жүйесінің күрделі  түрлері қолданыс тапты, олар тікбұрыштыларға жақын АЖЖ ие. Жаңа заманғы қабылдағыштың көбісінде біркаскадты қолданады. Таңдау мен шу коэффициентіне жоғары талаптар кезінде сирек жағдайда, РЖК үш каскадқа дейін ие болады.

Күшейткіштің  негізгі электрлік сипаттамалар санына жатады:

1)     Кернеу күшеюінің резонансты  коэффициенті  .

 Аса жоғары жиіліктерде  жиі түрде  қуат бойынша күшеюі коэффициентті  түсінігін  қолданады , мұнда     -  күшейткіштің кіріс өткізгіштің  активті құраушысы;

2) Күшейткішттің жиілікті таңдалуы берілген құрылуда күшеюдің қатыстық азаюын көрсетеді. Кейде таңдаулы тікбұрышты коэффициенттермен сипатталады, мысалы ;

3) Шу коэффициенті  шу қасиеттерін анықтайды

4)  Күшейкіштегі сигналдың ақаулары    амплитудалы –жиілікті, фазалы,сызықсыз;

 

5) Күшейткіштің жұмыс тұрақтылығы оның эксплутация үрдісіндегі негізгі сипаттамаларын сақтау  қабілеттілігімен  анықталады, сондай-ақ өздік қозуға икемдік.

 16.1-16.3 суреттерінде РЖК негізгі сұлбалары келтірілген, 16.4 суретте электормеханикалық фильтр бірге  ЖАК сұлбасы келтірілген. Радиожиілікпен  аралық жиілік күшейткіштерінде  негізінен күшейткішке ие аспабын қосудың екі нұсқасын қолданады: жалпы эмиттермен және тразистор қосудың каскадты қосылу сұлбасы.

 

16.1 сурет  –  Өрістік транзистордағы ЖАК

 

 16.2 сурет  –  биполярлық  транзистордағы ЖАР

 

 16.3 сурет  – талғағыш жүйесіндегі индуктивті байланыспен  ЖАР

 

16.1 суретте өрісті транзисторда жалпы көзі бар күшейткіш сұлбасы келтірілген. Ағып өту  тізбегіне  тербелмелі контур қосылған  L_КС_К. Контур  конденсаторымен С_К мен қосылған. (контурдың құру үшін варикап немесе  варикапты матрица қолдану мүмкін).

Күшейткіште  R3C3     фильтр  арқылы ағып өтудің тізбектегі қорегі қолданылған VT1   бекітуші тетіктің ығысу кернеуі резистордағы қорек көзінен  кернеудің түсуімен анықталады.    R1    резистор  VT1   транзистордың ағынның кедергісі болып табылады. 

 

 

 16.4 сурет  –Орталықты талғағышпен ЖАК фильтры

 

16.2-суретте РЖК биполярлы транзистордағы аналогты сұлба келтірілген. Мұнда контурдың VT1, VT2  транзисторларымен екі ретті толық емес қосылуы қолданылған, ол VT1 транзистор  шығыс жағынан  және  VT2. транзиситор  кіріс жағынан контурдың қажет  шунтталуын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Транзистор коллекторына қорек  кернеуі  R4C4 фильтры  арқылы берілген және контур  катушка L_К.  орам бөлігі берілген. Тұрақты тоқ және температуралық тұрақтылық  R1, R2 және  R3.  С2 сыйымдылығы айнымалы тоқ бойынша  теріс кері байланысты жоғалтады.

16.3 суретте трансляторлы  байланысы бар контурдың сұлбасы келтірілген, оның транзистор  коллекторы және келесі каскад кірісі бар автотрансформаторлы байланысы бар. Әдеттте, бұл жағдайда,  ұзартылған контурдың құрылымын қолданады.

16.4суретте 265УВЗ мик сұлбасында орындалған, ФСИ  бар РЖК  каскад сұлбасы көрсетілген. Микросұлба каскадты күшейткіш ОЭ-ОБ  көрсетеді.

Аралық жиілік күшейткіштері көрші құбыр бойынша негізгі күшеюі мен қабылдағыштың селективтілігін қамтамасыз етеді. Олардың маңызды ерекшелігі, олардың фиксирленген аралық жиілікте жұмыс істеуі болып табылады  және    ретті үлкен күшеюіне ие.

ФСидің түрлі типтері  қолдану барысындағы, ЖАК  қажет күшеюі кеңполюсті каскадты қолдануымен  жеткізіледі. Келтірілген  қатынастар күшейткішінің резонансты қисық теңдеуін алуға мүмкіндік береді. Сонымен, аз бұзылуларда  0,707 (- 3дБ)   деңгейі бойынша мынаған тең:

 

.                                               (16.1)

    Бірконтурлы каскад ЖАК резонансты күшеюі коэффициенті, бірконтурлы РЖК сияқты:

                                                   (16.2)

 

 Екіконтурлы аймақты фильтр ЖАК  үшін каскадтың резонансты күшеюі коэффициенті

 

                   (16.3)

 

 өрнегімен анықталады   Мұнда - контур араларындағы байланыс факторы, ал     -  контур араларындағы байланыс коэффициенті

ЖАК кез келген ФСИ мен күшеюі коэффициенті кіріс пен шығыстағы фильтрлардың келісімінде формуласы бойынша есептелуі мүмкін

                                                  (16.4)

Мұнда  , - кіріс және шығыс сипатты кедергілері; - мөлдірлік аймағында фильтр жіберу коэффициенті;

Таңдау күшейткіштің күшеюі коэффициенті тұрақты күшеюі коэффициент шамасынан аспау керек. Жалпы жағдайда   16.5  өрнегімен бағалауға болады:

                                                                       (16.5)

 _{Егер күшейткіш элемент ретінде каскадты сұлба қолданысы, онда каскадты сұлба үшін өткізгіштердің сәйкес мәндерін қою қажет, мысалы, ОЭ-ОБ  сұлбасы үшін}

                                                          (16.6)

Өткізгіштің активті құраушысының өрісті транзисторынан қолдану жағдайда ескермеуге болады  және

.                                                                  (16.7)

 

 

 16.5 сурет  – Төртполюсті кері бөлігін күшейткішке қосудың әртүрлі қабілеттіліктері

 

1 – Тізбекті ОСС-күшейткіш кірісінде бос жүріс барысында жоғалады;.

2  – Параллельді  ООС – күшейткіштің кіріс клемнің қысқа тұйықталуы жоғалады.

3 – Кернеу  бойынша ООС  – төртполюстік шығыс кернеуімен басқарылады. Күшейткіштің шығыс клеммнің қалыптасу кезінде жоғалады.

4 – Тоқ бойынша  ОСС –ОСС төртполюсті шығыс  шығыс тоғымен басқарылады. Шығыс клеммдарын  ажыратуда жойылады.

 

          17  Дәріс.  Жиілік түрлендіргіш

 

Дәріс мазмұны: жиілікті түрлендіргіш туралы негізгі мағлұматтар.

Дәріс мақсаты: 

- жиілік сипаттамасын оқу;

- түрлендіргіш жалпы теориясын оқу;

- АЖ транзисторының  негізгі сұлбасын оқу;

-  гетеродиннің жиілік түрлендіргішін  және негізгі сипаттамасын оқу.

Мұндай аз қуатты көмекші гетеродиннің  сигнал мен тербелістер жиілігін түрлендіргішінде бірқуатта сызықсыз элементке әсер етеді.(немесе айнымалы параметрі бар элекментке)

                 f_c                                                                                                 f_пр           

 

 

                            f_г

 

 17.1 сурет  – Жиілікті гетеродинді түрлендіргіш

 

Нәтижесінде сызықсыз элемент шығысында жиіліктері f_к = | ± n f_г ± m f_c | ,  где n = m = 0, 1, 2, … . тоқ кернеуінің көптеген аралас құраушылары пайда болады. Бұл аралас жиіліктің(f_пр).  бірі шығыс сигналдың жаңа тасушы жиілігі ретінде қолданылады. Бұл жиілік аралық жиілік деп аталады. Оны араластырушы жүктеме ретінде таңдау жүйелерінің түрлі түрі қолданылады.

Жиілік түрлендіргіші  бірқатар сапалы көрсеткіштермен сипатталады. Олардың негізгілері келесілер:        

- түрлендіру күшейткішті К_п),, аралық жиілік пен сигнал жиілігінің кешенді кернеу амплитудасының қатынасы болып табылады: :

- кіріс кедергі

- шығыс кедергі

- түрлендіргіш қисымен

- ішкі өткізгішпен

- теріс түрлендіргіш қисығымен

- түрлендіргіштің қисық өткізгіші

                                                                      

 17.2 сурет                                                  17.3 сурет                          

 

 

 

 

 

 

                                               17.4 сурет 

    Жиілік түрлендіргіштің теңдік сұлбаларын қолдану сондай-ақ, қабылдағыштың паразитті құбырлар санын азайтуға мүмкіндік береді. Жиілік түрлендіргішін кірісі үшін, сондай-ақ гетеродинді сигналдар үшін теңдікті қылып істеуге болады. Мұндай сұлбаларды екі ретті теңдікті деп атайды. Және әдетте диффериенциалды күшейткіш немесе диод қолданумен орындайды. 17.2-17.4 суретте жиілік түрлендіргіштің сұлбалары келтірілген.

ПЭ-ге сигнал мен гетеродин керенуін берудің сұлбасының түрлі нұсқалары мүмкін.

17.2 суретте биполярлы транзистордағы бөлек гетеродины бар АЖ сұлбасы келтірілген. Сигналдың кернеуін база тізбегіне беріледі, гетеродин кернеуін эмиттер тізбегіне. Бұны сигнал  мен гетеродин тізбектерінің жақсы байланыс жүзеге асады.

Сигналды және гетеродинді тізбек арасындағы жақсы байланыс екі бекітуші тетігі өріс транзистор сұлбасында жүзеге асады, өйткені сигнал мен гетеродин кернеулері түрлі бекітуші тетікке беріледі. Гетеродинмен біріккен аж  сұлбасы  17.3 суретте көрсетілген. Транзистордың коллектор тоғы жиілігі  kf _г ± f_c  құраушылардан басқа, fг  жиілігі бар құраушалардан тұрады, ол жиілігі  fг  тербеліс генерациялау  үшін қолданылады. Бұл үшін  L_св  контуры бар  катушка арқылы индуктивті байланыс қарастырылған L₂C₂.

 

                                    17.5 сурет  – өрістік транзистордағы түрлендіргіш   

 

                              17.6 сурет  –  биполярлы  транзистордағы түрлендіргіш

 

17.7 сурет – дифференциалдық каскадтың жиілік түрлендіргіші

 

ПЭ ретінде АЖЖ диапазонындағы қабылдағыштың көбісінде кристалдық диодтар қолданылады, олар аз инерттілікке және салыстырмалы аз шуға ие. Олардың кемшілігі күшейткіш қасиетінің жоқтығы болып табылады.

17.8 сурет – жиілікті диодты түрлендіргіш

 

Теңдікті ЖАК екі теңдіксіз АЖ қосылуы АЭ-ға жүргізілетін кернеудің екеуінен біреуі екі АЭ-ға синфады әрекет етеді, ал басқасы-қарсы фазды. ЖАК теңдікті шығысындағы кернеу ПЭ шығыс тоқтың айырмашылығымен анықталады.

 17.9 сурет   –Жиілікті балансты түрлендіргіш

\

 

18 Дәріс   Ортақталған және таралған талғағышты аралас  жиілікті күшейткіш.

 

Дәріс мақсаты: ЖАК туралы негізгі мағлұматтар.

Дәріс мақсаты:  - ортақталған және таралған талғағышты аралас  жиілікті

                            күшейткішті оқу;

                                    - таралғыш талғағышпен жиілік аралық ейткіштерді

                                      оқу.

 

ЖАК өзінің құрылымы мен жұрыс режимі бойынша жиіліктің сол диапазонында жұмыс істейтін ЖАК-дан ажыратылады. ЖАК-ның тек соңғы каскадтары күшейетін сигналдың салыстырмалы үлкен амлпитуда жұмыс істейді.

ЖАК келесі бірқатар ерекшеліктер бойынша топталады:

-     К( транзисторлы, лампалы) ;

-              күшею аспаптары түрлері бойынша (транзисторлы ламполы и т.п.);

-              каскад саны бойынша  (біркаскадты  және көпкаскадты);

-              таңдалатын тізбектер қолданысы бойынша   (бірконтурлы, т.б.);

-              өткізу аймағының ені бойынша  (тараймақты және кеңаймақты  ).

Жинақы таңдау фильтры берілген өткізу аймағында жоғары таңдау мен бір уақытта  күшеюдің жақсы бірқалыптылығын алу үшін қолданылады, демек жиіліктік сипаттаманың пішінінің  жақсы тікбұрыштылығын қамтамасыз ету үшін

 Қазіргі уақытта  түрлі күрделіктегі электрлік  LC   фильтрлар қолданыс тапты, электромеханикалық, пьезоэлектрлік, пьезокерамилық және пьезомеханикалық фильтрлар. Мұндай фильтрларды әдетте ЖАК кірісінде қосады, негізгі олармен трактжиілік сипаттамасының пішіні анықталады. ЖАК-ның қалған каскадтары күшею функциясын орындайды, сондықтан олардың өткізу аймағын  ФСИ-ға қарағанда, анағұрлым кең қылып істейді, нәтижелі жиіліктік сипаттаманы нашарлатпау үшін қажет.

Бір каскадта таңдауды жинақтау температура мен қорек режимі өзгереді де, тракт резонансты қисығының пішінінің үлкен тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

18.1-18.4 суретте ФСИ сұлбаларының кейбір  нұсқалары келтірілген.

Көпкешенді  LC фильтрлар электр фильтрінің жалпы теория тәсілінің негізінде құрылады.ЖАК қабылдағыштың кең аймақты, сондай-ақ тар аймақтарда (18.1суретті қара) қолданылады..

 18.1 сурет – ортақталған  талғағыш күшейткіш фильтрі

 

Электромеханикалық фильтр ( 18.2 суретті қара) электр тербелісінің кіріс түрлендіргішінен тұрады, механикалық, механикалық фильтр мен механикалық тербелістің электрлікке  шығыс түрлендіргішінен тұрады.

Қазіргі уақытта магниттрикционды түрлендіргіштер анағұрлым кең  қолданыс тапты. Магниттрикция  эффектісі кейбір метталдың магнит өрісінде өз өлшемдерін өзгерту қабілетіне негізделеді. байланысы.

18.2 сурет  –  электромеханикалық фильтрдегі күшейткіш

 

Механикалық фильтр механикалық   резонатрлар жүйесін көрсетеді, олар өзара механикалық байламдармен байланысқан тікбұрышты пластина, цилиндрлік шыбық немесе дискі пішініне ие болуы мүмкін.

Кіріс түрлендіргіштің механикалық тербелістері байланысқан механикалық резонаторлар жүйесіндегі тербеліс қоздырады, олардың әрқайсысы тербелмелі контурға тән өте жоғары жиілікпен резондайды. Соңғы резонатор шығыс түрлендіргіштерде тербелістерді қоздырады, ол магнитостринция кері эффект есебінен механикалық тербелістерді электрлікке түрлендіреді. Мұндай  фильтрлар резонансты қисықтың жақсы тікбұрышты пішініне,  аз габарит және жоғары температуралық тұрақтылыққа ие.

18.3 сурет – Кварцті фильтр (а) және оның  резонансты қисығы (б)

 

         Бірнеше жүз немесе он герц реттегі  өте тар өткізу аймақтарын алу үшін пьезоэлектрлік фильтрлерді қолданады.Тізбекті тербелмелі контурға эквивалент кварцты резонатордың фильтрлік кері резонансты жиілік аймақтарындағы тар аймақтағы кедергінің күрт төмендеуіне негізделген. Пьезоэлектрикалық эффект кристалдарда ғана емес, поляризацияланған поликристалдық  заттарда да байқалады. Бұларға пьезокерамикалық материалдар деп аталатын заттар жатады.

 

Пьезокерамикалық  материалдары керамикалық  технология әдісімен миниаюрлі сүзгіш құруға жарамды, белгілі бір пішін мен өлшемдегі резонатрларды дайындауға мүмкіндік береді. Бағасы төмен және өлшемі аз болғандықтан, жиілік сипаттама пішіннің ыңғайлы тікбұрышын жасай отырып, құрылымы жағынан едәуір қиын сүзгіштерді жасауға болады. Мысалы,18.4-суретте пьезокерамикалық сүзгіштің сатылы түрінің схемасы көрсетілген.

  

                        

                        18.4 сурет  – Пьезокерамикалық фильтр

 

Пьезокерамикалық материалдар кварцке қарағанда төмен температура мен уақытша тұрақтылыққа және жоғары жоғалтуларға ие болады. Қатынасты өткізу жолдарын  0,1%-ке алуға болады. Пьезомеханикалық сүзгіштер-бұл, бір кварцты пластинкаларды орналастыру жолымен жасалған сүзгіштер. Екі металл пластинка арасындағы кварц бөлігі резонатор сияқты жұмыс, резонатор арасындағы байланыс –кварц бойынша механикалық болады. Бұндай сүзгіштердің жиілік сипаттамалары көп кварцті көпірлі сүзгіштеріндей, бірақ өлшемі кішірек болады.

 

19 Дәріс    Cигналдарды дедекторлеу

 

Дәріс  мазмұны АМ сигналдар туралы негізгі мағлұматтар.

Дәріс мақсаты :  - детектор сипаттамасын оқу;

                                         - диодты детектор мысалындағы  АМ сигналының

                                            детекторлеуді  оқу;

                                         - АМ сигналдар детекторына бөгеуіл әсерін оқу.

 

Детектор деп кіретін сигнал параметрлерінің біреуі модуляция  заңына сәйкес өзгеретін, кернеу жасауға арналған құрылғыны айтады.

Детектор кіретін сигнал сипатына қарай және модуляцияланатын параметр түріне, орындау әдісіне және т.с.с.  қарай бөлінеді.

Кез-келген детектордың құрамына модульді  жиілікке сәйкес спектральды компоненттерді анықтауға арналған сызықты сүзгіш, және тербеліс пен олардың гармоникаларына сәйкес спектрінің компоненттері кіреді.

Детектор қасиетін келесі көрсеткіштер  бойынша сипаттау орынды:

1) модуляциялы емес сигнал үшін тасымалдау коэффициенттерін  

және  модуляциялы сигнал үшін   , мұндағы     - тыныштық кернеуімен салыстырғандағы, модуляциялы емес тербелістің амплитудалы детектордың кірісіндегі  нұсқасымен шығарылған күш салудағы тұрақты кернеудің өсуі   , ;  - ;  -

2) Кіретін кедергі

                                                          .                                         (19.1)

 

Кірістегі кедергінің реактивті құрамы әлбетте сыйымдылықты болады, ол детектор жүйелерінен оңай табылады  және кірістегі активті кедергісі есептеледі.

                                                                                                                 (19.2)

мұндағы   - детектордың кірістегі тоғының бірінші гармоникалық ам­плитудасы;

3) детектордың шығыстағы кедергісі   әлбетте осылай кедергінің активті құрамымен есептелінеді.

 

                                                                 ^.                                      (19.3)

 

4)айнымалы жиілікті  және фазалық  бұрмалаулары, күшейткіштердегідей тәрізді шектік жиіліктің төменгі  және жоғарғы мәндерімен және шектік жиіліктегі нүктесі жанамасынан фазалық сипаттамаларының ауытқу мәндерімен сипатталады;

5) сызықты  емес бұрмалаулар сызықты емес бұрмалаулардың коэффициент шамасы арқылы табылады:

 

                                                                                      (19.4)

 

мұндағы   - модуляция жиіліктегі гармоникалық құрамының қуаты;;  - модуляция жиілігіндегі шығыс сигналының қуаты.

6) тербеліс қысым коэффициенті

                                                                                         (19.5)

мұндағы   - детектор шығысындағы тербеліс амплитудасы.

 19.1 суретте амплитудалы детектордың тізбекті схемасы, 19.2 –суретте – параллельді  детектордың схемасы көрсетілген.

         

 

      19.1 сурет  – АД  тізбекті түрі                    19.2 сурет  – АД   параллельді

                                                                                                    түрі

                                                                               

 

Сызықты детектрлеу тәртібінде детектордың тасымалдау коэффициенті кірістегі сигнал амплитудасынан тәуелсіз, ол    диоды арқылы өтетін тоқ бұрышымен  анықталады :

,                                                                                       (19.6)      

       Детектор жұмысы графикалы түрде немесе жинақтау әдісімен шешілетін трансцендентті теңдеумен сипатталады:

 SR өскенде  бұрыш  .   SR30 кезінде    .

Диодтың кері кедергісін есепке алу қажет болған жағдайда теңдеу мына түрге келеді.

.                                                                         (19.7)

Бұрыш  өседі, ал детектордың тасымалдау коэффициенті кішірейеді. Тізбекті, сызықты, амплитудалы детектордың кірісіндегі кедергісі былай анықталады.

 ,                                                                           (19.8)

 

Ал   кіші бұрышында параллельді  детектор үшін . 

Детектор күш салу элементтері оның инерциясыз жұмыс жасау жағдайларымен және бұрмалаулардың жоқтығына қарап, тұрақты тоқ күш  салуы мен модуляциялық жиілік тоғы арасындағы айырмашылығымен есептелінеді.

 

        

          20 Дәріс. Жиіліктік және фазалық детектор

 

Дәріс мақсаты : жиіліктік және фазалық туралы негізгі мағлұматтар.

Дәріс мақсаты: - жиілікті детекторлеу  принципін оқу;

                                       - жиілікті және фазалық детектор түрлерін оқу;

                                       - жиіліктік және фазалық детекторға  бөгеуілдердің

                                         әсерін өқу.

 

 Жиіліктік детектрлеу ЖМ тербелісі амплитуда, фаза немесе     импульті-модульді тербеліске модульденген, амплитудалы, фазалы немесе шыңды детекторды қолданудағы тербеліске айналады.

20.1 суретте модуляцияның фазалы айналуындағы, екі контурлы  L1C2 және  L2C6  сүзгіштер  және  VD1,R,C және  VD2,R,C екі амплитудалы детекторлар негізінде орындалған балансты жиіліктік детектордың сұлбасы көрсетілген.

 

 

           20.1 сурет  – Байланыс контурлары бар жиіліктік детектор

 

 VT1 тарнзисторы әлбетте амплитудалы шектеудің режимінде жұмыс істейді. Оның жұмыс нүктесі мен температуралық тұрақтылығы  R1,R2 және  R3  резисторларымен қамтамасыз етіледі.

Осылайша жиіліктік детектордың осы түрінің жұмысы  жиілікке қатысты сигнал бұзылған контурлармен орындалады.

АЖС контурының қиғаш бөлігін қолданғанда қосарлы модульдеу пайда болады. (20.2 суретке қара), бұл кезде контурдағы U_к кернеу амплитудасының өзгеру заңы жиіліктің кірістегі сигналының өзгеру заңына сәйкес болады.

Байланыс контурлы жиіліктік детектордың әр бір диодына екінші және бірінші контурлардағы жарты кернеуінің қосылған кернеу тағылады.

Диодтағы кернеу VD1:  U_Д1 = U₁ – 0,5U₂ , диодтағы кернеу VD1: U_Д2 = U₁ – 0,5U₂.

 

20.2 сурет  – Жиіліктік детектордың шығысындағы кернеу графиктері

 

  қатысты өзгеруімен қатар екінші контурдағы  ЭҚК  пен екінші арасындағы фазалық жылжу ауысады, диодтағы кернеудің, Е кернеуінің өзгеруіне әкеледі.

 

 

Фазалық детектор  деп кірістегі кернеу фазасының өзгеру заңына сәйкес өзгеретін, кернеу шығаратын құрылғыны айтады.

Егер  ФД кірісіндегі

.                                                                         (20.1)

Кернеу  әсер етсе онда детектрленген кернеу мына түрге келеді: .

 ФД  кірісіндегі кернеуі әрекет етеді делік (20.3 а-суретке қара), онда  ФД шығысындағы кернеу мына түрде болуы тиіс (20.4- суретке қара).

 

 20.3 сурет  –  Бір тактілі диодті ФД сызбасы

 

20.4 суреттегі жүйе бойынша ФД әрекетінің принципінің параметрлік тізбек ретінде қарамай, екі гармоникалық тербеліс

                             20.4 сурет – біртактілі ФД диоды

 

20.4 суреттегі жүйе бойынша ФД әрекетінің принципінің параметрлік тізбек ретінде қарамай, екі гармоникалық тербеліс

 

 ().

Қосындысының амплитудалы детекторлеу жүйесі ретінде түсіндіруге болады.

 

.                                      (20.2)

 

Бұл екі тербеліс жиіліктері бірдей, бірақ фазалары әр түрлі болады.

Екі кернеудің векторлық қосындысы нәтижесінде сол жиіліктегі, бірақ басқа фазалы кернеуді алады.

Қосынды тербелістің амплитудасы

Осы екі тербелістің жиіліктері бірдей, бірақ фазалары бөлек,  әртүрлі.

 

.                                                   (20.3)

 

АД шығысындағы қуыстыру коэффициентті кернеу  

 

.                                      (20.4)

                                                                                                         

Соңғы формулаға сәйкес, ФД шығысындағы Е кернеу кірістегі сигналға тәуелді болады, -ден   қатынаспен анықтауға болады.

Жалпы жағдайда детектрлеу сипаттамасы косинусойдадан айтарлықтай өзгеше болады. (20.5, а суретті қара ).

Егер , онда

.            (20.5)

 

                        20.5сурет  – ФД детектрлеу сипаттамасы

 

 

Осылайша, біртактілі диодты ФД детектрлеу сипаттамасы косинусоидадан айтарлықтай айырмашылығы  бар циклоид болып табылады.

Если , то

,                                      (20.6)

 

Бұл жағдайда  детекторлеу сипаттамасы косинусоидадан айтарлықтай айырмашылығы бар циклоид болып табылады.   ( 20.5 б суретке қара)

 

                           20.6 сурет  – Балансті  фазалық детектор

 

Балансті ФД – бұл бір контактілі фазалық детекторлардың қосындысы, олардың әр қайсысы өз күшімен жұмыс жасайды және оларда қарама-қарсы кернеулер пайда болады;  бұл кернеулердің айырмасы балансті ФД- ның шығысындағы детектрленген  кернеуді анықтайды. Диодтағы   сигналдардың  үйектігі  кері болады, ал тірек кернеудікі- бірдей.

 

 

 21 Дәріс. Қабылдағыштағы реттеу түрлері

 

Дәріс мақсаты: жолақ өткізгіш және күшейткіштің негізгі реттеу түрлері.

 

Дәріс мақсаты:  - сызықты тракт бөлігіндегі реттеуіш түрлерін;

                                        - преселектор және гетеродин қиылысу контурларын

                                          оқу;

                                         - Автоматты ретеу күшейткішті оқу.

 

  Реттеушілердің негізгі қызметі- радиоқабылдағыштың эксплуатациясы кезінде үздіксіз радиобайланыс  ауысып отырған жағдайда, ал кейбір жағдайда мәлімет алмасу процессін толық  автоматтандыру кезінде радиосигналдарды дұрыс қабылдауды қамтамасыз ету.

Күшейткіш реттеу радиожиілік, арлық жиілік және детектордан соңғы жиілікте орындалады. Реттеуіш қолмен немесе автоматты түрде реттейді. Күшейткішті   реттеудің негізгі тәсілдерін қарастырайық.   Айналмалы өзгерту арқылы реттеу  режимді  деп аталады, өйткені ол тыныштық  нүктесі өзгеруі арқылы, электронды құрылғының басқарушы электродындағы ығыстыру кернеуін өзгерту  арқылы  жүзеге асырылады. Ығыстыру кернеуі өзгерген кезде өрісті транзисторда тек қана айналма өзгереді, ал  сол кезде биполярлы транзисторда өзгергенде  күшейткіш көрсеткішіне  әсер ететін транзистордың кіріс  және параметрлері (gвх, gвых, Свх, Свых) өзгереді.

Реттеуші кернеу транзистордың эмиттер немесе базалық алайда  Ерег –ні базалық тізбекке  жіберген Ерег  ( 21.1 – суретке қара) реттеуші ток  Iрег=Iдел=(5…10)Iбо  (21.1суретке қара) эмиттер тізбегіндегі тоқтан бірнеше есе аз болады: 21.1-суретте сәйкес  U_БЭ0= U₀Е_рег ұлғаю шамасына байланысты ығыстыру кернеуі азаяды, ол айналманы кішірейеді, сондықтан Rэ эмиттер тізбегіндегі резистор болмағандықтан оның тұрақты болмауы.

 Rэкв –ні өзгерту арқылы реттеу әр түрлі тәсілмен жасалуы мүмкін, мысалы, шунтты диодтты қосу арқылы    ( 21.2 суретке қара)   Ерег<Uk диод   жабылып, контурды шунттамайды, кезінде диод ашылып, оның кірістегі кедергісі оның контурын шунттайды, оның эквивалентті   Ерег>Uk         кедергісі азайып,  К₀ –де азаяды.

Аттенюаторлы реттеу   (АРУ),   каскад арасына алмасудың айнымалы коэффициентті  аттенюатор қосқан  кезде  қолданылады. Реттеуіш бөлшегіш, варикаптағы сыйымдылықты бөлшектер, көпірлі схемалар қолданылады. Мысалы, 21.3-суретте    Д1Д3 диодтарындағы реттеуші    |Eрег|<|Uo|  Кезінде   Д1 және  Д2 диодтары ашық,  ал   Д3   жабық болады; сол   кезде алмасу  коэффициентті  максимальды болды.

 

 

 

 

          21.2  сурет                                             21.3 сурет

 

 Ұлғайған сайын  Д3 диодының динамикалық кедергісі кішірейеді, сонымен қатар  аттенюатора  алмасуы азаяды.

Күшейткішті автоматты реттеу (КАР). КАР Автоматты  реттеу РҚҚ құрылғыларының дұрыс жұмыс жасау үшін ЖАК шығысындағы сигналдардың деңгейін тұрақты етіп ұстауға арналған.  АРУ негізгі  қызметі-кіріс сигналының деңгейіне байланысты  Ко    радиотрактын өзгерту.

21.4 ө сурет

КАР  үшін қабылдағышта КАУ детекторы мен сүзгішінен тұратын КАР тізбегі жасалынады. КАР тізбегінде күшейткіш болса ол күшейткіш деп аталады. КАР сүзгіші КАР сүзгіші модульдеу жиіліктерінің құрамын сүзіп, Ерег   ның  төменгі жиілікті өзгерістерін өткізеді (21.4 сур), КАР сүзгішінің уақыт тұрақтысы  негізгі тракты детектор тізбегінің тұрақтысынан жоғары болады.

КАР схемасы 21.7-суретте көрсетілген. Бұндағы  Uвых=КоUвх.  реттеуіштің кернеуі детектрлеу кезіндегі кіріс кернеуі арқылы алынады. Шығыстағы кернеу  Uвх Ерег  өскенде жоғарылаған кезде өседі, ол  Ко азайтады және шығыстағы кернеу  тұрақты болып қалады, КАР түзуі реттеудің идеалды сипаттамасын береді. ( 21.8 сурет).

 

 

 

 

 

 

			21.8  сурет
	21.7 сурет

 

 

 

Құрылған КАР-да екі схеманың жетістіктері қолданылады: кері КАР-дың тұрақтылығы  және түзудің идеалды  сипатын алу. Негізгі реттеу бірінші  күшейткіште өтеді, ол бірнеше реттеуші каскадтан тұрады. Екінші реттеу күшейткіші-бір каскадты, оның негізгі қызметі-бірінші күшейткіштің шығысындағы кернеуді төмендету.

 

 

 

 

22 Дәріс.  Автоматты тұрғызу жиілігі

 

Дәріс мақсаты : АЖА ерекшеліктері.

Дәріс мақсаты: - АЖА ерекшеліктерін   – негізгі түрлерін

                               сипаттамаларын оқу;

                                       - ЖАТЖ және ФАТЖ.

 

Жиілікті автоматты реттеу  (ЖАР)   қабылдағыштың  тұрақсыз факторлары әсері кезінде қабылдағыштың нақты реттеуін қамтамасыз етуі тиіс. ЖАР  тек қана супергетерлі қабылдағыштарда ғана орындалатынын байқаған жөн. Бұндай қабылдағыштарды нақты реттеу үшін келесі екі шартты орындау қажет:

1) қабылданатын сигналдың жиілігі преселекторды жиілігіне сәйкес келеді;

2) fпр = fг–fc аралық жиілік тракт сүзгішінің жиілігіне сәйкес келеді.

 

 

 

 

 

 22.1 сурет  – құрылымды АЖА сұлбасы

 

Айтарлықтай, преселектор кең болғандықтан екінші шарт анықталады. Сол үшін ЖАК гетеродин жиілігінің реттеуіне тіреледі.

ЖАК үшін өлшеуіш элеметтен, сүзгіш пен жиіліктің реттеуішінен  тұратын тізбек енгізіледі. Өлшеуіш элемент ретінде жиіліктік немесе фазалық детекторлар қолданылады және жиіліктік немесе  фазалық автореттеу  жасалынады.  ЖАК тізбегіндегі сүзгіш сәйкес параметрдегі сәйкес модульдің Ерег    өзгерістерін жібермейді, ол тек қана жиіліктің жоғалуына байланысты Ерег баяу өзгерістерін өткізеді.   Жиіліктік реттеуші  гетеродин жиілігінің реттеуін қамтамасыз етеді. Жиілікті реттеудің түріне байланысты электронды және электромеханикалық деп бөледі, қазіргі кезде соңғылары қолданылмайды.

 

 

 

 

 

 22.2 сурет  – әртүрлілікті АЖА

 

Қабылдағыштағы ЖАК қосылу нүктесіне байланысты ЖАК құрылғысының негізгі екі түрі болады. Тұрақтысын қолдайтын ЖАК құрылғысы  22.2 –суретте  көрсетілген. Бұндай құрылғыларын айырмалық деп атайды, өйткені    fпр=fг –fc  аралық жиілігі мен тракт сүзгішіндегі аралық  аралық жиілікке сәйкес болмағанда гетеродиннің реттеуін болдыратын кернеуі пайда болады.

 

 

 

 

 

 

 22.3 сурет   – гетеродин тұрақты жиілігін ұстау тұратын  АЖА жүйесі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  22.4 сурет  – үзілісіз сигналдың электронды ЖАТЖ қабылдағыш құрылымды сұлбасы

 

Гетеродиннің тұрақты жиілігін ұстап тұратын ЖАК жүйесі 2.3 суретте көрсетілген. Бұндай құрылғылар сигнал болмаған кезде жұмыс атқарады, алайда олар сигнал жиілігінің өзгеруінен  жоғалуын компенсацияламайды.

ЖАК негізгі көрсеткіштерін қабылдағыштардың үздіксіз сигналдарының электронды мысалы ретінде анықтаймыз. Қабылдағыштың сәйкес бөлігінің құрылымдық схемасы  22.4 суретте көрсетілген. Өлшеуіш элемент ретінде жиіліктік детектор қолданылады, эталонды болып дедектрлеу сипаттамасының нөлдік нүктесі болып табылады.

 

                                                                               (22.1)

 

Нөлдік нүктенің тұрақтылығына деген талабын орындау қиын емес, өйткені жиіліктік детектор  төменгі жиілікте жұмыс істейді. ЖЖ  ретінде варикап қолданылады. Гетеродинінің  жиілігі тұрақсыз факторлары әсерінен fг –ге  өзгерді делік.  ЖАТЖ  жүйесі жұмыс істей бастаған  соң  гетеродин реттеуі басталады, нәтижесінде оның бұзылуы   fнач-ге өзгереді. Тұрақталған режимде

                                        Δf_ост=Δf_нач-Δf_под,                                           (22.2)

 

мұнда  Δf_ост – гетеродин жиілігінің бұзылуы.

Бұл бұзылу жиіліктік  детектордың шығысында кернеуді пайда болдыртады.

 

                                          Е_рег=S_чдΔf_ocт                                               (22.3)

 

мұндағы  S_чд – детектрлеу сипаттамасының айналмасы.

Сүзгіштен кейінгі  Кф  коэффициентті кернеу

 

                                         Ерег=КфSчдΔfост.                                           (22.4)

 

Кернеуі гетеродин жиілігінің  реттеуін мына шамаға өзгертеді:

 

                                           Δfпод=ЕрегSрег=SрегSчдКфΔfост,                      (22.5)

 

мұнда  Sрег –  кРЖ сипаттамсының айналмасы.

Есепке ала отырып төмендегіні аламыз Δfост=ΔfначΔfпод

 

                                                                        (22.6)

 

 

Јдебиеттер тізімі

1.  Радиоприемные устройства. Под ред. А.П. Жуковского. - М.: Высшая школа, 1989.

2.  Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н. Фомина. - М.: Радио и связь, 2003.

3.   Буга Н.Н. и др. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/ Н.Н.Буга, А.И. Фалько, Н.И. Чистяков; Под ред. Н.И. Чистякова. - М.: Радио и связь, 1986. 320с.: ил.

4.  Радиоприемные устройства. Под ред. Л.Г. Барулина.  - М.: Радио и связь.

5.  Тихонов В.И. Оптимальный прием сигнала. - М.: Радио и связь,1986.

6.   Радиоприемные устройства. Под ред. А.Г. Зюко. - М.: Радио и связь, 1975.

7. Проектирование радиолокационных приемных устройств. Под ред. Соколова. - М.: Высшая школа, 1984.

8.   Сборник задач и упражнений по курсу радиоприемных устройств. Под ред. Сифорова В.И. - М.: Радио и связь, 1984.

9.   Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. Под ред. М.К. Белкина. - Киев, Высшая школа, 1982.

10.   Кузнецов М.А., Сенина Р.С. Радиоприёмники АМ, ОМ, ЧМ сигналов. Пособие по проектированию. Изд. 4-е. СПбГУТ, СПб, 2000.

11. Алексеев Ю.П. Бытовая радиоприёмная и звуковоспроизводящая аппаратура. Справочник. – М.: Радио и связь, 1991.

12. Калихман С.Г., Левин Я.М. Радиоприёмники на полупроводниковых приборах. Теория и расчёт. – М.: Связь, 1979.

13. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы. Справочник / под ред. А.В.Голомедова. – М.: Радио и связь, 1988.

14. Шапиро Д.Н. Расчёт каскадов транзисторных радиоприёмников. – Л.: Энергия,1968.

15.  Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П.Сиверса – М.: Советское радио, 1976.

16. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 2003.

 

в. план 2011 г., поз.