Основните характеристики на радиосигналите. Лекции - Радиотехнически схеми и сигнали - файл Лекции (детерминирани сигнали).DOC

От предишния може да се види какви различни трансформации претърпява сигналът в процеса на предаване по комуникационния канал. Някои от тези процеси са задължителни за повечето радиотехнически системинезависимо от предназначението им, както и от характера на предаваните съобщения. Нека изброим тези основни процеси и, между другото, да отбележим основните им характеристики във връзка с обобщената схема на радиотехнически канал, показана на фиг. 1.1.

Преобразуване на оригиналното съобщение в електрически сигнал и кодиране. При предаване на реч и музика такова преобразуване се извършва с помощта на микрофон, при предаване на изображения (телевизия) - с помощта на предавателни тръби (например суперортикон). При предаване на писмено съобщение (радиотелеграфия) първо се извършва кодиране, което се състои в това, че всяка буква от текста се заменя с комбинация от стандартни знаци (например точки, тирета и паузи в морзовия код), които след това се преобразуват в стандартни електрически сигнали (например импулси с различна продължителност или различна полярност).

Трябва да се отбележи, че диаграмата на фиг. 1.1 отговаря на случая, когато информацията се въвежда "в началото" на комуникационния канал, т.е. директно в предавателя. Ситуацията е малко по-различна, например в радиолокационния канал, където информацията за целта (обхват, надморска височина, скорост и т.н.) се въвежда в резултат на отразяването на радиовълна от целта в свободното пространство.

Генериране на високочестотни трептения. Високочестотният генератор е източник на трептения на носещата честота. В зависимост от предназначението на радиокомуникационния канал мощността на трептенията варира от хилядни от вата до милиони ватове. Естествено, конструктивните форми и размери на тези генератори са различни - от най-простите малък елементдо грандиозна техническа структура.

Основните характеристики на високочестотния генератор са честота и обхват (способността за бързо преминаване от една работна честота към друга), мощност и ефективност. Особено важностима честотна стабилност. Радиотехниката в това отношение е в изключителна позиция. Условията на разпространение на радиовълните и широкият диапазон от честоти на сигнала налагат използването на много високи носещи честоти. Условията на обработка на сигнала на фона на смущенията и необходимостта от намаляване на взаимните смущения между различните радиоканали налагат постигането на възможно най-голямо намаляване на абсолютните промени в честотата. Това води до изключително строги изисквания за относителна стабилност на честотата.

Контрол на трептенията (модулация). Процесът на модулация се състои в промяна на един или повече параметри на високочестотно трептене според закона на предаваното съобщение. Честотите на модулиращия сигнал, като правило, са малки в сравнение с носещата честота на генератора.За да се реализира модулацията, различни трикове, обикновено въз основа на промени в електродния потенциал електронни уредивключени във веригата на радиопредавателя. Основната характеристика на процеса на модулация е степента на съответствие между изменението на параметъра на високочестотното трептене и модулиращия сигнал.

Усилване на слаби сигнали в приемника. Приемната антена улавя незначителна част от енергията, излъчвана от предавателната антена.В зависимост от разстоянието между предавателната и приемащата станция, от степента на насоченост на излъчването на антените и условията за разпространение на радиовълните, мощността на входа на приемника е 10 -10 ... 10 -14 W. На изхода на приемника за надеждна регистрация на сигнала е необходима мощност от порядъка на миливати, единици ватове или повече. Това показва, че усилването в приемника трябва да достигне 10 7 ... 10 14 по мощност или 10 4 ... 10 7 по напрежение.

В съвременните приемници се осигурява надеждна регистрация на сигнала при входни напрежения от порядъка на микроволт. Решаването на този сложен проблем става възможно благодарение на постиженията съвременна електроника. Важна роля играят и специалните методи за конструиране на вериги на приемника, които осигуряват високо усилване, като същевременно поддържат стабилността на приемника. Тези методи включват преобразуване (понижаване) на честотата на трептене в пътя на приемника, извършено по такъв начин, че да се запази структурата на предавания сигнал (процесът на преобразуване на честотата не е показан на диаграмата на фиг. 1.1). В допълнение към приемните устройства, процесът на преобразуване на честотата се използва широко в различни радиотехнически и радиоизмервателни устройства.

Проблемът с усилването в приемника е неделим от проблема с разделянето на сигнала на фона на смущенията. Следователно един от основните параметри на приемника е селективността, което означава способността да се изолират полезни сигнали от комбинация от сигнал и външни влияния (смущения), които се различават от сигнала по честота. Честотната селективност се осъществява с помощта на резонансни осцилаторни кръгове.

Извличане на съобщение от високочестотно трептене (откриване и декодиране). Откриването е обратният процес на модулацията. В резултат на детекцията трябва да се получи напрежение (ток), което се променя с времето по същия начин, както се променя един от параметрите (амплитуда, честота или фаза) на модулираното трептене. С други думи, предаденото съобщение трябва да бъде възстановено. Детекторът, като правило, е включен на изхода на приемника, следователно към него се прилага модулирано трептене, вече усилено от предишните етапи на приемника. Основното изискване към детектора е точно възпроизвеждане на формата на вълната.

След засичането сигналът се декодира, т.е. процесът е обратен на кодирането. В редица радиоканали кодирането и декодирането не се използват.

В допълнение към горните процеси, по един или друг начин свързани с преобразуването на честотния спектър, в радиотехническите устройства широко се използва усилване на трептения без честотна трансформация, извършвано в различни усилватели. Тези усилватели включват:

Нискочестотни усилватели на управляващи сигнали, използвани пред модулатора на предавателя, както и на изхода на приемника;

Усилватели на къси импулси, използвани в телевизионната и радарната техника, както и в импулсни радиокомуникационни системи;

Високочестотни усилватели с висока мощност, използвани в радиопредавателни устройства;

Високочестотни усилватели на слаби сигнали, използвани в радиоприемници и измервателни устройства.

В допълнение към споменатите процеси, които, както вече беше отбелязано, са присъщи на всяка радиолиния, много други процеси се използват широко в редица специални случаи: умножаване и разделяне на честота, генериране на къси импулси, различни видовеимпулсна модулация и др.

Глава 1 Елементи на общата теория на радиотехническите сигнали

Терминът "сигнал" често се среща не само в научни и технически въпроси, но и в ежедневието. Понякога, без да мислим за строгостта на терминологията, идентифицираме такива понятия като сигнал, съобщение, информация. Това обикновено не води до недоразумения, тъй като думата "сигнал" произлиза от латинския термин "signum" - "знак", който има широк семантичен диапазон.

Въпреки това, когато се пристъпи към систематично изучаване на теоретичната радиотехника, трябва, ако е възможно, да се изясни смисловото значение на понятието "сигнал". В съответствие с възприетата традиция, сигналът е процес на промяна на физическото състояние на обект във времето, който служи за показване, регистриране и предаване на съобщения. В практиката на човешката дейност съобщенията са неразривно свързани със съдържащата се в тях информация.

Обхватът на въпросите, основани на понятията "съобщение" и "информация", е много широк. Той е обект на голямо внимание на инженери, математици, лингвисти, философи. През 40-те години К. Шанън завършва началния етап на развитие на дълбоко научно направление - теория на информацията.

Трябва да се каже, че споменатите тук проблеми, като правило, далеч надхвърлят обхвата на курса "Радиосхеми и сигнали". Следователно тази книга няма да описва връзката, която съществува между физическия вид на сигнала и значението на съобщението, съдържащо се в него. Освен това въпросът за стойността на информацията, съдържаща се в съобщението и в крайна сметка в сигнала, няма да бъде обсъждан.

1.1. Класификация на радиосигналите

Започвайки да изучава нови обекти или явления, науката винаги се стреми да извърши тяхната предварителна класификация. По-долу е направен такъв опит за сигнали.

Основната цел е да се разработят критерии за класификация, както и, което е много важно за в бъдеще, да се установи определена терминология.

Описание на сигналите с помощта на математически модели.

Сигналите като физични процеси могат да се изследват с помощта на различни инструменти и устройства – електронни осцилоскопи, волтметри, приемници. Този емпиричен метод има значителен недостатък. Явленията, наблюдавани от експериментатора, винаги изглеждат като частни, единични прояви, лишени от степента на обобщение, която би позволила да се преценят техните основни свойства и да се предскажат резултати при променени условия.

За да бъдат сигналите обект на теоретично изследване и изчисления, е необходимо да се посочи метод за тяхното математическо описание или, на езика на съвременната наука, да се създаде математически модел на изследвания сигнал.

Математически модел на сигнал може да бъде например функционална зависимост, чийто аргумент е времето. По правило в бъдеще такива математически модели на сигнали ще се обозначават със символите на латинската азбука s(t), u(t), f(t) и др.

Създаване на модел (в този случай физически сигнал) е първата съществена стъпка към систематичното изследване на свойствата на явлението. На първо място, математическият модел позволява да се абстрахираме от специфичната природа на носителя на сигнала. В радиотехниката същият математически модел описва с еднакъв успех ток, напрежение, сила на електромагнитното поле и т.н.

Съществената страна на абстрактния метод, основан на концепцията за математически модел, се състои в това, че получаваме възможност да опишем точно онези свойства на сигналите, които обективно действат като решаващо важни. В този случай голям брой второстепенни функции се игнорират. Например, в по-голямата част от случаите е изключително трудно да се изберат точните функционални зависимости, които биха съответствали на електрическите трептения, наблюдавани експериментално. Следователно изследователят, ръководейки се от съвкупността от достъпна за него информация, избира от наличния арсенал от математически модели на сигнали тези, които в конкретна ситуация описват физическия процес по най-добрия и прост начин. Така че изборът на модел е до голяма степен творчески процес.

Функциите, описващи сигнали, могат да приемат както реални, така и комплексни стойности. Затова в бъдеще често ще говорим за реални и комплексни сигнали. Използването на един или друг принцип е въпрос на математическо удобство.

Познавайки математическите модели на сигналите, човек може да сравни тези сигнали един с друг, да установи тяхната идентичност и разлика и да ги класифицира.

Едномерни и многомерни сигнали.

Типичен сигнал за радиотехниката е напрежението на клемите на веригата или токът в клон.

Такъв сигнал, описан от една функция на времето, обикновено се нарича едномерен. В тази книга най-често ще се изучават едномерни сигнали. Въпреки това, понякога е удобно да се въведат под внимание многоизмерни или векторни сигнали на формата

образувани от някакъв набор от едномерни сигнали. Цялото число N се нарича размерност на такъв сигнал (терминологията е заимствана от линейната алгебра).

Многоизмерен сигнал е например система от напрежения на изводите на многополюсник.

Имайте предвид, че многоизмерният сигнал е подреден набор от едномерни сигнали. Следователно в общия случай сигналите с различен ред на компонентите не са равни помежду си:

Многомерните сигнални модели са особено полезни, когато функционирането на сложни системи се анализира с помощта на компютър.

Детерминирани и случайни сигнали.

Друг принцип за класификация на радиосигналите се основава на възможността или невъзможността за точно прогнозиране на техните моментни стойности по всяко време.

Ако математическият модел на сигнала позволява такава прогноза, тогава сигналът се нарича детерминиран. Начините за задаване могат да бъдат разнообразни - математическа формула, изчислителен алгоритъми накрая словесно описание.

Строго погледнато, детерминирани сигнали, както и детерминирани процеси, съответстващи на тях, не съществуват. Неизбежното взаимодействие на системата със заобикалящите я физически обекти, наличието на хаотични топлинни колебания и просто непълнотата на знанията за първоначалното състояние на системата - всичко това ни кара да разглеждаме реалните сигнали като случайни функции на времето.

В радиотехниката случайните сигнали често се проявяват като смущения, предотвратявайки извличането на информация от получената форма на вълната. Проблемът с борбата с интерференцията, повишаването на шумоустойчивостта на радиоприемането е един от централните проблеми на радиотехниката.

Може да изглежда, че понятието "случаен сигнал" е противоречиво. Обаче не е така. Например сигналът на изхода на приемник на радиотелескоп, насочен към източник на космическо лъчение, е хаотични трептения, които обаче носят различна информация за природен обект.

Няма непреодолима граница между детерминистичните и случайните сигнали.

Много често в условия, когато нивото на смущението е много по-ниско от нивото на полезен сигнал с известна форма, по-опростен детерминиран модел се оказва доста адекватен на задачата.

Методи на статистическото радиоинженерство, разработени през последните десетилетия за анализ на свойствата случайни сигнали, имат много специфични особености и се основават на математическия апарат на теорията на вероятностите и теорията на случайните процеси. Няколко глави от тази книга ще бъдат посветени изцяло на този набор от въпроси.

импулсни сигнали.

Много важен клас сигнали за радиотехниката са импулси, т.е. трептения, които съществуват само в рамките на краен период от време. В този случай се разграничават видеоимпулси (фиг. 1.1, а) и радиоимпулси (фиг. 1.1, б). Разликата между тези два основни вида импулси е следната. Ако е видео импулс, тогава съответстващият му радиоимпулс (честотата и началната са произволни). В този случай функцията се нарича обвиваща на радиоимпулса, а функцията се нарича неговото запълване.

Ориз. 1.1. Импулсни сигнали и техните характеристики: а - видеоимпулс, б - радиоимпулс; c - определяне на числените параметри на импулса

В техническите изчисления, вместо пълен математически модел, който отчита детайлите на "фината структура" на импулса, често се използват числени параметри, за да се даде опростена представа за неговата форма. И така, за видео импулс, който е близък по форма до трапец (фиг. 1.1, c), е обичайно да се определя неговата амплитуда (височина) A. От параметрите на времето посочете продължителността на импулса, продължителността на отпред и продължителността на кройката

В радиотехниката те работят с импулси на напрежение, чиято амплитуда варира от части от микроволта до няколко киловолта, а продължителността достига до части от наносекунда.

Аналогови, дискретни и цифрови сигнали.

край кратък прегледпринципи на класификация на радиосигнали, отбелязваме следното. Често физическият процес, който генерира сигнала, се развива с течение на времето по такъв начин, че стойностите на сигнала могат да бъдат измерени. всякакви точки във времето. Сигналите от този клас обикновено се наричат ​​аналогови (непрекъснати).

Терминът "аналогов сигнал" подчертава, че такъв сигнал е "аналогичен", напълно подобен на физическия процес, който го генерира.

Едномерният аналогов сигнал се представя визуално чрез неговата графика (осцилограма), която може да бъде непрекъсната или с точки на прекъсване.

Първоначално в радиотехниката се използват само аналогови сигнали. Такива сигнали позволиха успешно да се решат относително прости технически проблеми (радиокомуникации, телевизия и др.). Аналоговите сигнали бяха лесни за генериране, приемане и обработка с помощта на наличните по онова време средства.

Повишените изисквания към радиотехническите системи, разнообразието от приложения ни принудиха да търсим нови принципи за тяхното изграждане. В редица случаи аналоговите системи бяха заменени от импулсни системи, чиято работа се основава на използването на дискретни сигнали. Най-простият математически модел на дискретния сигнал е изброимо множество от точки - цяло число) на времевата ос, във всяка от които се определя референтната стойност на сигнала. По правило стъпката на вземане на проби за всеки сигнал е постоянна.

Едно от предимствата на дискретните сигнали пред аналоговите е, че не е необходимо да възпроизвеждат сигнала непрекъснато през цялото време. Благодарение на това става възможно предаването на съобщения от различни източници по една и съща радиовръзка, организирайки многоканална комуникация с разделяне на каналите във времето.

Интуитивно е ясно, че бързо променящите се във времето аналогови сигнали изискват малка стъпка, за да бъдат семплирани. В гл. 5 този фундаментално важен въпрос ще бъде разгледан подробно.

Специален вид дискретни сигнали са цифрови сигнали. Те се характеризират с факта, че референтните стойности са представени под формата на числа. От съображения за техническо удобство, внедряването и обработката обикновено използват двоични числа с ограничено и, като правило, не твърде много Голям бройизхвърляния. Напоследък се наблюдава тенденция към масово въвеждане на системи с цифрови сигнали. Това се дължи на значителния напредък в микроелектрониката и интегралните схеми.

Трябва да се има предвид, че по същество всеки дискретен или цифров сигнал (говорим за сигнал - физически процес, а не математически модел) е аналогов сигнал. По този начин бавно променящият се във времето аналогов сигнал може да се сравни с дискретното му изображение, което има формата на последователност от правоъгълни видеоимпулси със същата продължителност (фиг. 1.2, а); височината на тези импулси е пропорционална на стойностите в референтните точки. Възможно е обаче да се направи друго, като се поддържа постоянна височина на импулсите, но се променя тяхната продължителност в съответствие с текущите референтни стойности (фиг. 1.2, b).

Ориз. 1.2. Дискретизация на аналоговия сигнал: а - с променлива амплитуда; b - с променлива продължителност на еталонните импулси

И двата метода за вземане на проби от аналогов сигнал, представени тук, стават еквивалентни, ако приемем, че стойностите на аналоговия сигнал в точките за вземане на проби са пропорционални на площта на отделните видео импулси.

Записването на референтни стойности под формата на числа също се извършва чрез показване на последните под формата на последователност от видео импулси. Двоичната бройна система е идеално подходяща за тази процедура. Възможно е, например, да се свърже високо ниво с единица, а ниско ниво на потенциал с нула, f. Дискретните сигнали и техните свойства ще бъдат разгледани подробно в гл. 15.

Преди да се заеме с изучаването на каквито и да било нови явления, процеси или обекти, науката винаги се стреми да ги класифицира според възможно най-големите характеристики. За да разгледаме и анализираме сигналите, отделяме основните им класове. Това се налага по две причини. Първо, проверката дали даден сигнал принадлежи към определен клас е процедура за анализ. Второ, за да се представят и анализират сигнали от различни класове, често е необходимо да се използват различни инструменти и подходи. Основните понятия, термини и дефиниции в областта на радиосигналите са установени с националния (бивш държавен) стандарт „Радиосигнали. Термини и определения“. Радиосигналите са изключително разнообразни. Част от кратка класификация на сигналите според редица характеристики е показана на фиг. 1. По-долу са дадени повече подробности за редица концепции. Удобно е радиотехническите сигнали да се разглеждат под формата на математически функции, дадени във времето и физическите координати. От тази гледна точка сигналите обикновено се описват с един (едномерен сигнал; n = 1), два

(двумерен сигнал; n = 2) или повече (многовариантен сигнал n > 2) независими променливи. Едномерните сигнали са само функции на времето, докато многомерните, освен това, отразяват позицията в n-мерното пространство.

Фиг. 1. Класификация на радиосигналите

За определеност и опростяване ще разглеждаме главно едномерни времезависими сигнали, но материалът на урока позволява обобщение към многомерния случай, когато сигналът е представен като краен или безкраен набор от точки, например в пространството , чиято позиция зависи от времето. В телевизионните системи сигналът за черно-бяло изображение може да се разглежда като функция f(x, y, f) от две пространствени координати и време, представляващи интензитета на излъчване в точка (x, y) в момент t на катода . Когато предаваме цветен телевизионен сигнал, имаме три функции f(x, y, t), g(x, y, t), h(x, y, t), дефинирани върху триизмерен набор (можем също да разгледаме тези три функции като компоненти на триизмерни векторни полета). В допълнение, различни видове телевизионни сигнали могат да възникнат, когато телевизионно изображение се предава заедно със звук.

Многоизмерен сигнал е подреден набор от едномерни сигнали. Многоизмерен сигнал се създава например от система от напрежения на изводите на многополюсник (фиг. 2). Многомерните сигнали се описват със сложни функции и тяхната обработка е по-често възможна в цифрова форма. Следователно, многомерните сигнални модели са особено полезни в случаите, когато функционирането на сложни системи се анализира с помощта на компютри. И така, многомерните или векторни сигнали се състоят от много едномерни сигнали

където n е цяло число, размерът на сигнала.

Р
е. 2. Многополюсна система на напрежение

Според особеностите на структурата на темпоралното представяне (фиг. 3) всички радиосигнали се разделят на аналогови (аналогови), дискретни (дискретно-времеви; от лат. discretus - разделен, прекъсващ) и цифрови (цифрови).

Ако физическият процес, който генерира едномерен сигнал, може да бъде представен като непрекъсната функция на времето u(t) (фиг. 3, а), тогава такъв сигнал се нарича аналогов (непрекъснат) или, по-общо, непрекъснат ( continuos - многостепенен), ако последният има скокове, прекъсвания по амплитудната ос. Имайте предвид, че традиционно терминът "аналогов" се използва за описание на сигнали, които са непрекъснати във времето. Непрекъснат сигнал може да се третира като реално или комплексно колебание във времето u(t), което е функция на непрекъсната променлива в реално време. Концепцията за "аналогов" сигнал се дължи на факта, че всяка негова моментна стойност е подобна на закона за промяна на съответната физическа величина във времето. Пример за аналогов сигнал е напрежение, което се прилага към входа на осцилоскоп, което води до непрекъсната форма на вълната като функция на времето на екрана. Тъй като съвременната непрекъсната обработка на сигнали с помощта на резистори, кондензатори, операционни усилватели и други подобни няма много общо с аналоговите компютри, терминът "аналогов" днес изглежда не е съвсем неудачен. Би било по-правилно да наричаме непрекъсната обработка на сигнала това, което днес обикновено се нарича обработка на аналогов сигнал.

В радиоелектрониката и комуникационната техника широко се използват импулсни системи, устройства и схеми, чиято работа се основава на използването на дискретни сигнали. Например, електрически сигнал, който отразява речта, е непрекъснат както по ниво, така и по време, а температурен сензор, който извежда своите стойности на всеки 10 минути, служи като източник на сигнали, които са непрекъснати по стойност, но дискретни във времето.

Дискретният сигнал се получава от аналогов сигнал чрез специално преобразуване. Процесът на преобразуване на аналогов сигнал в последователност от проби се нарича вземане на проби (извадка), а резултатът от такова преобразуване е дискретен сигнал или дискретна серия (дискретна серия).

Най-простият математически модел на дискретен сигнал
- последователност от точки на времевата ос, взети, като правило, на равни интервали
, наречен период на вземане на проби (или интервал, стъпка на вземане на проби; време на вземане на проби), и във всеки от които са дадени стойностите на съответния непрекъснат сигнал (фиг. 3, b). Реципрочната стойност на периода на вземане на проби се нарича честота на вземане на проби:
(друго обозначение
). Съответната ъглова (кръгова) честота се определя, както следва:
.

Дискретни сигнали могат да бъдат създадени директно от източника на информация (по-специално дискретни показания на сензорни сигнали в системи за управление). Най-простият пример за дискретни сигнали е информацията за температурата, предавана в радио и телевизионни новинарски програми, но обикновено няма информация за времето в паузите между тези предавания. Не трябва да се мисли, че дискретните съобщения непременно се преобразуват в дискретни сигнали, а непрекъснатите съобщения в непрекъснати сигнали. Най-често това са непрекъснати сигнали, които се използват за предаване на дискретни съобщения (като техните носители, т.е. носители). Дискретни сигнали могат да се използват за предаване на непрекъснати съобщения.

Очевидно в общия случай представянето на непрекъснат сигнал чрез набор от дискретни проби води до известна загуба на полезна информация, тъй като не знаем нищо за поведението на сигнала в интервалите между пробите. Съществува обаче клас аналогови сигнали, за които такава загуба на информация практически не се случва и следователно те могат да бъдат реконструирани с висока степен на точност от стойностите на техните дискретни проби.

Разнообразие от дискретни сигнали е цифров сигнал (цифров сигнал), В процеса на преобразуване на дискретни сигнални проби в цифрова форма (обикновено в двоични числа), той се квантува от нивото на напрежение (квантуване) . В този случай стойностите на нивата на сигнала могат да бъдат номерирани с двоични числа с краен, необходим брой цифри. Сигнал, дискретен във времето и квантован по ниво, се нарича цифров сигнал. Между другото, сигнали, квантувани по ниво, но непрекъснати във времето, са рядкост на практика. В цифров сигнал, дискретни стойности на сигнала
първо, те се квантуват по нивото (фиг. 3, c) и след това квантуваните проби на дискретния сигнал се заменят с числа
най-често се реализира в двоичен код, който се представя с високи (едно) и ниски (нула) нива на напреженови потенциали - кратки импулси с продължителност (фиг. 3, d). Такъв код се нарича еднополюсен. Тъй като показанията могат да приемат краен набор от стойности на нивата на напрежение (вижте, например, второто четене на фиг. 3, d, което в цифрова форма може да бъде написано почти еднакво вероятно като числото 5 - 0101 и номер 4 - 0100), то при подаването на сигнала неизбежно се закръгля. Получените грешки при закръгляване се наричат ​​грешки на квантуване (или шум) (грешка на квантуване, шум на квантуване).

Поредицата от числа, представящи сигнала по време на цифрова обработка, е дискретна серия. Числата, които съставляват последователността, са стойностите на сигнала в отделни (дискретни) точки във времето и се наричат ​​цифрови сигнални проби (проби). Освен това, квантуваната стойност на сигнала се представя като набор от импулси, характеризиращи нули ("0") и единици ("1"), когато тази стойност се представя в двоичната бройна система (фиг. 3, d). Набор от импулси се използва за модулиране на амплитудата на носещата вълна и получаване на радиосигнал с импулсен код.

В резултат на цифровата обработка не се получава нищо „физическо“, а само числа. А числата са абстракция, начин за описване на информацията, съдържаща се в съобщението. Следователно трябва да имаме нещо физическо, което да представлява числата или да ги „носи“. И така, същността на цифровата обработка е, че физически сигнал (напрежение, ток и т.н.) се преобразува в поредица от числа, която след това се подлага на математически трансформации в изчислително устройство.

Трансформираният цифров сигнал (поредица от числа), ако е необходимо, може да бъде преобразуван обратно в напрежение или ток.

Цифровата обработка на сигнали предоставя широки възможности за предаване, получаване и преобразуване на информация, включително такива, които не могат да бъдат реализирани с помощта на аналогова технология. На практика при анализиране и обработка на сигнали цифровите сигнали най-често се заменят с дискретни, а разликата им с цифровите се интерпретира като шум от квантуване. В това отношение ефектите, свързани с квантоването на нивото и цифровизацията на сигналите, в повечето случаи няма да бъдат взети под внимание. Може да се каже, че както в дискретни, така и в цифрови схеми (по-специално в цифрови филтри) се обработват дискретни сигнали, само в структурата на цифровите схеми тези сигнали се представят с числа.

Компютърните устройства, предназначени за обработка на сигнали, могат да работят с цифрови сигнали. Съществуват и устройства, изградени основно на базата на аналогова схема, които работят с дискретни сигнали, представени под формата на импулси с различна амплитуда, продължителност или честота на повторение.

Една от основните характеристики, по които се различават сигналите, е предвидимостта на сигнала (стойностите му) във времето.

Р
е. 3. Радиосигнали:

а - аналогов; b - дискретни; c - квантован; g - цифров

Според математическото представяне (според степента на априорно присъствие, от латински a priori - от предишната, т.е. предекспериментална информация) всички радиотехнически сигнали обикновено се разделят на две основни групи: детерминистични (регулярни; определени) и случайни (случайни) сигнали (фиг. 4).

Радиотехническите сигнали се наричат ​​детерминирани, чиито моментни стойности са надеждно известни по всяко време, т.е. предвидими с вероятност, равна на единица. Детерминираните сигнали се описват чрез предварително определени времеви функции. Между другото, моментната стойност на сигнала е мярка за това колко и в каква посока една променлива се отклонява от нула; по този начин моментните стойности на сигнала могат да бъдат както положителни, така и отрицателни (фиг. 4, а). Най-простите примери за детерминиран сигнал са хармонично трептене с известна начална фаза, високочестотни трептения, модулирани по известен закон, последователност или пакет от импулси, чиято форма, амплитуда и времева позиция са известни предварително.

Ако съобщението, предадено по комуникационните канали, беше детерминистично, тоест известно предварително с пълна сигурност, то предаването му би било безсмислено. Такова детерминистично съобщение всъщност не съдържа никаква нова информация. Следователно съобщенията трябва да се разглеждат като случайни събития (или случайни функции, случайни променливи). С други думи, трябва да има някакъв набор от опции за съобщения (например набор от различни стойности на налягането, дадени от сензора), от които една се реализира с определена вероятност. В това отношение сигналът също е случайна функция. Детерминираният сигнал не може да бъде носител на информация. Може да се използва само за тестване на система за предаване на радиотехническа информация или за тестване на нейните отделни устройства. Случайният характер на съобщенията, както и смущенията, определят значението на теорията на вероятностите при изграждането на теорията за предаване на информация.

Ориз. 4. Сигнали:

а - детерминиран; b - случаен

Детерминираните сигнали се делят на периодични и непериодични (импулсни). Крайният енергиен сигнал значително се различава от нула за ограничен интервал от време, съизмерим с времето за завършване преходен процесв системата, за която е предназначен да действа, се нарича импулсен сигнал.

Случайни сигнали са сигнали, чиито моментни стойности по всяко време не са известни и не могат да бъдат предвидени с вероятност, равна на единица. Всъщност за произволни сигнали можете да знаете само вероятността той да приеме някаква стойност.

Може да изглежда, че понятието "случаен сигнал" не е напълно правилно.

Но не е. Например, напрежението на изхода на приемника на термокамера, насочено към източник на инфрачервено лъчение, представлява хаотични трептения, които носят различна информация за анализирания обект. Строго погледнато, всички сигнали, срещани в практиката, са случайни и повечето от тях представляват хаотични функции на времето (фиг. 4b). Колкото и парадоксално да изглежда на пръв поглед, но сигнал, носещ полезна информация, може да бъде само случаен сигнал. Информацията в такъв сигнал е вградена в набор от промени на амплитуда, честота (фаза) или код на предавания сигнал. Комуникационните сигнали променят моментните стойности във времето и тези промени могат да бъдат предвидени само с определена вероятност, по-малка от единица. По този начин комуникационните сигнали са по някакъв начин случайни процеси и следователно тяхното описание се извършва с помощта на методи, подобни на методите за описание на случайни процеси.

В процеса на предаване на полезна информация радиосигналите могат да бъдат подложени на една или друга трансформация. Това обикновено се отразява в името им: сигналите са модулирани, демодулирани (открити), кодирани (декодирани), усилени, забавени, дискретизирани, квантувани и т.н.

Според предназначението, което имат сигналите в процеса на модулация, те могат да бъдат разделени на модулиращи (първичен сигнал, който модулира носещата вълна) или модулирани (носеща вълна).

По принадлежност към един или друг вид радиотехнически системи и по-специално системи за предаване на информация се различават „комуникационни“, телефонни, телеграфни, радиоразпръскващи, телевизионни, радарни, радионавигационни, измервателни, контролни, сервизни (включително пилотни сигнали) и др. сигнали.

Тази кратка класификация на радиосигналите не обхваща напълно цялото им разнообразие.

Трето издание, преработено и допълнено

Одобрено от Министерството на висшето и средното специално образование на СССР като учебник за студенти по радиотехнически специалности на университетите

МОСКВА "СЪВЕТСКО РАДИО" 1977г

Книгата е учебник по курса "Радиосхеми и сигнали" за университетите по радиотехническа специалност. Във връзка с въвеждането на новата програма на този курс, това издание е коренно преработено и допълнено със следните нови раздели: дискретна и цифрова обработка на сигнали; апроксимация на процеси и характеристики чрез функции на Уолш; синтез на радио вериги.

Особено внимание се обръща на разделите, посветени на статистическите явления в радиосхемите. Методически са преработени разделите за спектрален и корелационен анализ на детерминирани и случайни сигнали, както и за теорията на тяхното преобразуване в линейни, параметрични и нелинейни устройства.

Въпреки че книгата е предназначена за студенти от радиотехническите факултети на университетите, тя може да бъде полезна и за широк кръг специалисти, работещи в областта на радиоелектрониката и свързаните с нея области на науката и технологиите.

Гоноровский И. С. Радиотехнически схеми и сигнали. Учебник за средните училища. Изд. 3-то, преработено. и допълнителни М., „Сови. радио”, 1977, 608 с.

Предговор към третото издание

Глава 1 Въведение
1.1. Основните области на приложение на радиотехниката
1.2. Предаване на сигнали на разстояние. Характеристики на разпространението на радиовълните и честотите, използвани в радиотехниката
1.3. Основни радиотехнически процеси
1.4. Аналогови, дискретни и цифрови сигнали и схеми
1.5. Радиосхеми и методи за техния анализ
1.6. Проблем с шумоустойчивостта на комуникационния канал
1.7. Цели и съдържание на дисциплината

Глава 2. СИГНАЛИ
2.1. Общи бележки
2.2. Разлагане на произволен сигнал по дадена система от функции
2.3. Хармоничен анализ на периодичните трептения
2.4. Спектри на най-простите периодични трептения
2.5. Разпределение на мощността в спектъра на периодичните трептения
2.6. Хармоничен анализ на непериодични трептения
2.7. Някои свойства на преобразуването на Фурие
2.8. Разпределение на енергията в спектъра на непериодично трептене
2.9. Примери за определяне на спектрите на непериодични трептения
2.10. Връзка между продължителността на сигнала и ширината на неговия спектър
2.11. Безкрайно къс импулс с единица площ (делта функция)
2.12. Спектри на някои неинтегрируеми функции
2.13. Представяне на сигнали в равнината на комплексна променлива
2.14. Представяне на сигнали с ограничена честотна лента под формата на серия на Котелников
2.15. Теоремата за вземане на проби в честотната област
2.16. Корелационен анализ на детерминирани сигнали
2.17. Връзка между корелационната функция и спектралния отклик на сигнала
2.18. съгласуваност

Глава 3. РАДИОСИГНАЛИ
3.1. Общи определения
3.2. AM радиосигнали
3.3. честотен спектърамплитудно модулиран сигнал
3.4. Ъглова модулация. Фаза и моментна честота на трептене
3.5. Спектър на трептене при ъглова модулация. Общи съотношения
3.6. Спектър на трептене с хармонична ъглова модулация
3.7. Спектър на радиоимпулс с честотно модулирано запълване
3.8. Спектър на трептене със смесена амплитудно-честотна модулация
3.9. Обвивка, фаза и честота на теснолентов сигнал
3.10. Аналитичен сигнал
3.11. Корелационна функция на модулираното трептене
3.12. Теснолентово вземане на проби

Глава 4. ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА СЛУЧАЙНИТЕ СИГНАЛИ
4.1. Общи дефиниции на стохастичните процеси
4.2. Видове случайни процеси. Примери
4.3. Спектрална плътностпроизволна мощност на процеса
4.4. Връзка между енергийния спектър и корелационната функция на случаен процес
4.5. Крос-корелационна функция и взаимен енергиен спектър на два случайни процеса
4.6. Тяснолентов произволен процес
4.7. Трептене, модулирано по амплитуда чрез случаен процес
4.8. Трептене, модулирано във фаза чрез случаен процес. Плътност на вероятността

Глава 5. ЛИНЕЙНИ РАДИОВЕРИГИ С ПОСТОЯННИ ПАРАМЕТРИ
5.1. Уводни бележки
5.2. Дефиниции и основни свойства на активна верига
5.3. Активен четириполюсник като линеен усилвател
5.4. транзисторен усилвател
5.5. Лампов усилвател
5.6. Апериодичен усилвател
5.7. резонансен усилвател
5.8. Обратна връзка в активен четириполюсник
5.9. Приложение на негатив обратна връзказа подобряване на производителността на усилвателя
5.10. Стабилност на линейни вериги с активна обратна връзка. Критерий за алгебрична устойчивост
5.11. Критерии за стабилност на честотата

Глава 6
6.1. Уводни бележки
6.2. Спектрален метод
6.3. Интегрален метод на наслагване
6.4. Преминаване на дискретни сигнали през апериодичен усилвател
6.5. Диференциране и интегриране на сигнали
6.6. Характеристики на анализа на радиосигнали в избирателни вериги. Приблизителен спектрален метод
6.7. Опростяване на интегралния метод на наслагването (метод на обвивката)
6.8. Преминаване на радиоимпулс през резонансен усилвател
6.9. Линейно изкривено трептене с непрекъсната амплитудна модулация
6.10. Преминаването на трептене с фазово изместване през резонансна верига
6.11. Преминаване на колебание с честотно изместване през селективна верига
6.12. Преминаване на честотно модулирано трептене през селективни вериги

Глава 7
7.1. Трансформация на характеристиките на случаен процес
7.2. Характеристики на собствения шум в електронните схеми
7.3. Диференциране на случайна функция
7.4. Интегриране на произволна функция
7.5. Нормализация на случайни процеси в теснолентови линейни вериги
7.6. Разпределение на сумата от хармонични трептения със случайни фази

Глава 8. НЕЛИНЕЙНИ ВЕРИГИ И МЕТОДИ ЗА ТЕХНИЯ АНАЛИЗ
8.1. Нелинейни елементи
8.2. Апроксимация на нелинейни характеристики
8.3. Влияние на хармоничните трептения върху вериги с инерционни нелинейни елементи
8.4. Нелинейно резонансно усилване
8.5. Честотно умножение
8.6. Ограничение на амплитудата
8.7. Нелинейна верига с DC филтриране (ректификация)
8.8. Откриване на амплитуда
8.9. Откриване на честота и фаза
8.10. Преобразуване на честотата на сигнала
8.11. Синхронно откриване
8.12. Получаване на амплитудно модулирани трептения

Глава 9. АВТОГЕНЕРАТОРИ НА ХАРМОНИЧНИ ТРЕПТЕНИЯ
9.1. Автоколебателна система
9.2. Появата на трептения в осцилатора
9.3. Стационарен режим на осцилатора. Фазов баланс
9.4. Меки и твърди режими на самовъзбуждане
9.5. Примери за осцилаторни вериги
9.6. Уравнение на нелинейния осцилатор
9.7. Приближено решение на уравнението на нелинейния автоосцилатор
9.8. Автоосцилатори с вътрешна обратна връзка
9.9. Автоосцилатор с линия на закъснение във веригата за обратна връзка
9.10. Действието на хармоничната ЕМП върху вериги с положителна обратна връзка. Регенерация
9.11. Действието на хармоничната ЕМП върху осцилатора. Заключване на честотата
9.12. Ъглова модулация в осцилатор
9.13. JC генератори

Глава 10. ВЕРИГИ С ПРОМЕНЛИВИ ПАРАМЕТРИ
10.1. Основни характеристикивериги с променливи параметри
10.2. Преминаване на вибрации през линейни вериги с променливи параметри. Функция на предаване
10.3. Модулацията като параметричен процес
10.4. Определяне на импулсната характеристика на параметрична верига
10.5. Енергийни съотношения във верига с нелинеен реактивен елемент за хармонични трептения
10.6. Принципът на параметричното усилване на вибрациите
10.7. Еквивалентна верига на капацитет или индуктивност, променяща се според хармоничния закон
10.8. Едноконтурен параметричен усилвател
10.9. Двучестотен параметричен усилвател
10.10. Преобразуване на честота с помощта на нелинеен реактивен елемент
10.11. Свободни трептения във верига с периодично променящ се капацитет
10.12. Параметрични генератори

Глава 11
11.1. Общи бележки
11.2. Трансформация на нормалния процес в безинерционни нелинейни вериги
11.3. Преобразуване на енергийния спектър в безинерционен нелинеен елемент
11.4. Въздействие на теснолентовия шум върху амплитудния детектор
11.5. Съвместно въздействие хармонично трептенеи нормален шум към амплитудния детектор
11.6. Комбиниран ефект на хармонично трептене и нормален шум върху честотен детектор
11.7. Взаимодействие на хармонично трептене и нормален шум в амплитуден ограничител с резонансен товар
11.8. Корелационна функция и енергиен спектър на случаен процес в параметрична верига
11.9. Влияние на мултипликативната интерференция върху закона за разпространение на сигнала

Глава 12
12.1. Уводни бележки
12.2. Съвпадащо филтриране на даден сигнал
12.3. импулсна реакциясъвпадащ филтър. Физическа осъществимост
12.4. Сигнал и шум на изхода на съгласувания филтър
12.5. Примери за изграждане на съгласувани филтри
12.6. Формиране на сигнал, конюгиран с даден филтър
12.7. Съгласувано филтриране на даден сигнал с небял шум
12.8. Филтриране на сигнал с неизвестна начална фаза
12.9. Съгласувано филтриране на сложен сигнал

Глава 13. ОБРАБОТКА НА ДИСКРЕТНИ СИГНАЛИ. ЦИФРОВИ ФИЛТРИ
13.1. Уводни бележки
13.2. Алгоритъм за дискретна конволюция (времева област)
13.3. Дискретни трансформации на Фурие
13.4. Грешка на дискретизация на сигнали с ограничена продължителност
13.5. Дискретни трансформации на Лаплас
13.6. Дискретна филтърна трансферна функция
13.7. Рекурсивна филтърна трансферна функция
13.8. Приложение на метода r-трансформация за анализ на дискретни сигнали и вериги
13.9. z-преобразуване на времеви функции
13.10. z-преобразуване на предавателни функции на дискретни вериги
13.11. Примери за анализ на дискретен филтър, базиран на метода z-преобразуване
13.12. Аналогово-цифрово преобразуване. Квантуващ шум
13.13. Цифрово-аналогово преобразуване и непрекъснато възстановяване на сигнала
13.14. Скоростта на аритметичната единица на цифровия филтър. Шум от закръгляване

Глава 14. ПРЕДСТАВЯНЕ НА ОСЦИЛАЦИИ ЧРЕЗ НЯКОИ СПЕЦИАЛНИ ФУНКЦИИ
14.1. Въведение
14.2. Ортогонални полиноми и функции от непрекъснат тип
14.3. Примери за приложение на непрекъснати функции
14.4. Дефиниция на функциите на Уолш
14.5. Примери за приложение на функции на Уолш
14.6 Взаимен спектър от базисни функции на две различни ортогонални системи
14.7. Дискретни функции на Уолш

Глава 15
15.1. Уводни бележки
15.2. Някои свойства на предавателната функция на четириполюсник
15.3. Връзка между амплитудно-честотните и фазово-честотните характеристики на четириполюсник
15.4. Представяне на общ четириполюсник чрез каскадно свързване на елементарни четириполюсници
15.5. Реализация на типична връзка от втори ред
15.6. Реализиране на фазо-коригираща схема
15.7. Особености на синтеза на четворна мрежа по дадена амплитудно-честотна характеристика
15.8. Синтез на нискочестотен филтър. Филтър Butterworg
15.9. Филтър Чебишев (нискочестотен)
15.10. Синтез на различни филтри на базата на оригиналния нискочестотен филтър
15.11. Чувствителност на характеристиките на веригата към промени в параметрите на елемента
15.12. Имитация на индуктивност с помощта на активна DO верига. жиратор
15.13. Някои характеристики на цифровия синтез на филтри

Приложение 1. Сигнал с минимална продължителност – произведение честотна лента
Приложение 2. Корелационна функция на сигнала в равнината време-честота
Библиография
Конвенции
Предметен индекс

ПРЕДГОВОР КЪМ ТРЕТОТО ИЗДАНИЕ

Общата ориентация на учебника по курса "Радиосхеми и сигнали", която е в основата на първите две издания, е запазена и в това издание. Книгата обаче е радикално преработена поради необходимостта от въвеждане на нови раздели, които отразяват съвременното развитие на радиосхемите и сигналната технология.

Широкото използване на дискретни и цифрови радиоелектронни системи вече не позволява курсът по RTCiS да бъде ограничен само до аналогови схеми и сигнали.

Развитието на технологията на интегралните схеми, основано на широкото използване на методите за синтез на вериги, не позволява ограничаване на курса RTCiS до изучаването само на методи за анализ на вериги.

И накрая, бързото навлизане на статистическите методи във всички отрасли на радиотехниката и електрониката изисква по-задълбочено изследване на свойствата на случайните сигнали и тяхното преобразуване в радиовериги.

В светлината на тези изисквания и в съответствие с нова програмаКурсът RTCiS включва нови глави в учебника: „Основни характеристики на случайните сигнали” (гл. 4), „Преминаване на случайни трептения през линейни вериги с постоянни параметри” (гл. 7), „Дискретна обработка на сигнали. Цифрови филтри” (гл. 13), „Представяне на трептения чрез някои специални функции”, включително функции на Уолш (гл. 14), „Елементи на синтез на линейни радиосхеми” (гл. 15). Преписана гл. 5, посветен на теорията на линейните вериги с активна обратна връзка.

Всички останали глави от предишното издание бяха подложени на методологична ревизия, като се вземе предвид опитът от преподаването на курса RTCiS и многобройни коментари, направени от преподаватели по радиотехнически специалности на университети, както и много радио специалисти.

Общопризнато е, че наред с усвояването на необходимите знания от първостепенно значение е развитието на уменията на учениците за самостоятелна творческа работа. В съответствие с решенията на 25-ия конгрес на КПСС за развитието на научноизследователската работа във висшите учебни заведения, студентите все повече се включват в научната работа. Ето защо авторът се стреми да комбинира представянето на основна информация, предназначена за първоначално изучаване и задължителна за всички студенти от специалността радиотехника, с представянето на някои допълнителни, по-сложни материали, предназначени за студенти с напреднала подготовка. Такива раздели са маркирани с petite. Незначителни съкращения, които може да са необходими в зависимост от нивото на обща теоретична подготовка на студентите, са лесни за изпълнение, без да се нарушава последователността и целостта на изучаването на този курс.

Авторът изказва своята искрена благодарност на преподавателите от катедрата по ОРТ на Московския енергиен институт проф. Федоров Н. Н., доценти Баскаков С. И., Белоусова И. В., асистент Богаткин В. И., доцент Жуков В. П., старши преподавател Иванова Н. Н., доценти Карташев В. Г., Николаев А. М., Поллак Б. П., старши преподавател Щиков В. В. квалифицирани и подробни за прегледа от ръкописа на тази книга. Голям брой критики и ценни съвети помогнаха за значително подобряване на представянето на всички глави от учебника.

Неоценима помощ в работата по ръкописа оказаха преподаватели, служители и студенти от катедрата по радиотехника на Московския авиационен институт. На всички тях авторът изказва своята дълбока благодарност.

Изтеглете Gonorovsky I. S. Радио схеми и сигнали. Учебник за средните училища. Трето издание, преработено и допълнено. Москва, Издателство на Съветското радио, 1977 г

Министерство на образованието

Република Беларус

· Регистрационен No ТД-I.008/вид.

·

·

·

ТЕОРЕТИЧНИ ОСНОВИ НА РАДИОТЕХНИКАТА

по специалности 1Радиоинформатика,

КОМПИЛАТОР:

Доцент на катедрата по радиотехнически устройства на образователната институция "Беларуски държавен университет по информатика и радиоелектроника", кандидат на техническите науки, доцент

РЕЦЕНЗЕНТИ:

ОБЯСНИТЕЛНА ЗАПИСКА

„Теоретични основи на радиотехниката“ е една от дисциплините, които определят професионалната подготовка на инженерите по специалностите 1Радиоинформатика, Радиоелектронна информационна сигурност. Целта на дисциплината е да се изучат теоретичните основи на съвременната радиотехника, свързани с анализа на радиосигнали и устройства, като се използват придобитите знания като основа за изучаване на следващите радиотехнически дисциплини.

Дисциплината "Теоретични основи на радиотехниката" предвижда изучаването на теорията на детерминистичните и случайни радиосигнали, принципите на тяхното получаване и преобразуване в радиотехнически устройства, методи за анализ на линейни, нелинейни и параметрични вериги, схемотехника на типична комуникация канални устройства и други информационни системи, въпроси на оптималната и цифрова обработка на сигнала. Дисциплината използва съвременни математически методи за решаване на задачи за анализ на радиосигнали и вериги. Задачата на дисциплината е да формира такъв обем от теоретични и физически знания, които да осигурят разбиране и последващо изучаване на основните проблеми на синтеза и анализа на сложни радиотехнически системи, оценявайки тяхното качество по различни критерии.

Типовата програма за дисциплината "Теоретични основи на радиотехниката" е предназначена за обем от 170 учебни часа. Ориентировъчно разпределение на учебните часове по видове учебни занятия: лекции – 102 часа, лабораторни и практически упражнения – 68 часа.

В резултат на изучаването на дисциплината студентите трябва

зная:

Математически модели на сигнали, методи за описание и анализ на техните свойства;

Методи за анализ на линейни, нелинейни и параметрични вериги;

Изграждане на схема и принципи на работа на типични устройства на радиотехнически комуникационен канал;

Основни положения Статистически анализслучайни сигнали;

Методи за анализ на процесите на линейни и нелинейни трансформации на случайни сигнали;

Елементи от теорията на оптималното линейно филтриране;

Основи на теорията на цифровата обработка на сигнали;

да може да:

Класифицира радиосигнали и устройства в система от различни индикатори;

Решаване на проблеми с анализиране на сигнали и техните трансформации с помощта на съвременни математически апарати и компютри;

Анализира процеса на функциониране на радиотехнически устройства в различни режими;

Синтезират схеми на оптимални и цифрови филтри;

Провеждане на експериментален анализ на сигнали и процеси на тяхната обработка с помощта на пълномащабна симулация и компютърна симулация, документиране на резултатите от експериментите и формулиране на подходящи заключения;

за придобиване на умения:

Решаване на задачи за спектрален и корелационен анализ на радиосигнали;

Приложения на компютри за изчисляване на спектралните и времеви характеристики на сигналите и основните параметри на процеса на техните трансформации;

Провеждане на експериментални изследвания на радиосигнали и вериги.

Списъкът на дисциплините, на които се основава дисциплината "Теоретични основи на радиотехниката": висша математика, теория на вероятностите, физика, основи на електротехниката, електронни устройства, основи на теорията на веригите.

ВЪВЕДЕНИЕ

Предметът на дисциплината "Теоретични основи на радиотехниката", необходимостта и особеностите на нейното изучаване, мястото в системата за обучение на специалисти по радиоинформатика. Основните задачи на радиотехниката и обхвата на нейното приложение, тенденции на развитие. Предназначение на радиотехниката информационни системи, тяхната структура, класификация, принципи на функциониране. Класификация на сигналите. Проблемът с шумоустойчивостта. Развитие на радиоелектронната индустрия в Република Беларус.

Раздел 1. РАДИОСИГНАЛИ

Тема 1.1. АНАЛИЗ НА ДЕТЕРМИНИСТИЧНИ СИГНАЛИ

Математически модели и основни характеристики на детерминирани сигнали. Векторно представяне на сигнали. Ортогонални сигнали и обобщени редове на Фурие. Апроксимационна грешка в реда на Фурие.

Концепцията за спектъра на сигнала, необходимостта от неговото използване. Хармоничен спектрален анализ и синтез на периодични сигнали. Тригонометрично и комплексно представяне на спектъра на периодичен сигнал. Разпределение на мощността в спектъра на периодичен сигнал.

Спектрален анализ на непериодични сигнали. Основни свойства на преобразуването на Фурие. Разпределение на енергията в спектъра на непериодичен сигнал. Съотношението между продължителността на сигнала и ширината на неговия спектър. Връзка между спектрите на периодични и непериодични сигнали. Спектри на тестови сигнали: сигнали, описани чрез делта функция и единична функция, хармоничен сигнал.

Корелационен анализ на детерминирани сигнали. Връзката между корелационните и спектралните характеристики на сигнала. Дискретизация и възстановяване на сигнали съгласно теоремата за дискретизация (теорема на Котелников). Серия Котелников. Принципи на временно мултиплексиране на комуникационни канали.

Тема 1.2. МОДУЛИРАНИ СИГНАЛИ

Необходимостта от използване на модулирани трептения. Видове модулация. Сигнали с амплитудна модулация. Векторно представяне и спектри на сигнали с амплитудна модулация. Енергийни съотношения. Балансирана и едностранична амплитудна модулация.

Ъглова модулация. Сигнали с честотна (FM) и фазова (FM) модулация. Векторно представяне и спектри на сигнали с FM и FM. Енергийни съотношения. Сравнителен анализ на амплитудни, честотни и фазови модулации. Радиов импулс с честотна модулация, неговите свойства и основни характеристики.

Сигнали с импулсна, амплитудно-импулсна и импулсно-кодова (цифрова) модулация. Модулационни методи, използвани за предаване на дискретни данни по комуникационни канали на компютърни мрежи.

Обобщено представяне на модулирани трептения под формата на теснолентови сигнали. Обвивка, честота и фаза на теснолентов сигнал. Аналитичен сигнал и неговите свойства.

Раздел 2. ПРЕОБРАЗУВАНИЯ НА СИГНАЛИ В ЛИНЕЙНИ РАДИОВЕГИ

Тема 2.1. ЛИНЕЙНИ РАДИОВЕГИ С ПОСТОЯННИ ПАРАМЕТРИ

Класификация на линейните вериги. Основни свойства и характеристики на линейни вериги, методи за тяхното изчисляване и методи за експериментално определяне. Устройства за диференциране и интегриране на сигнали, техните характеристики. Филтри. Активни линейни вериги. Усилвателни устройства, класификация и принцип на действие.

Линейни радиосхеми с обратна връзка. Влияние на обратната връзка върху характеристиките на устройствата. Устойчивост на линейни вериги с обратна връзка. Критерии за устойчивост на Хурвиц, Найквист, Михайлов.

Тема 2.2. ПРЕМИНАВАНЕ НА ДЕТЕРМИНИСТИЧНИ СИГНАЛИ ПРЕЗ ЛИНЕЙНИ ВЕРИГИ

Постановка на проблема и методи за анализ на линейни вериги. Времеви и спектрални методи за анализ, техните Сравнителна характеристика. Преминаване на сигнали през диференциращи и интегриращи вериги.

Характеристики на анализа на преминаването на широколентови и теснолентови сигнали през теснолентови вериги. Опростен спектрален метод. Опростен времеви метод (метод на обвивката). Анализ на преминаването на сигнали с амплитудна и честотна модулация през резонансен усилвател.

Раздел 3. ПРЕОБРАЗУВАНИЯ НА СИГНАЛИ В НЕЛИНЕЙНИ И ПАРАМЕТРИЧНИ РАДИОВЕГИ

Тема 3.1. НЕЛИНЕЙНИ РАДИОВЕГИ И МЕТОДИ ЗА ТЕХНИЯ АНАЛИЗ

Нелинейни радиосхеми, техните свойства и основни характеристики. Апроксимационни методи за характеристики на нелинейни елементи. Преобразуване на спектъра на сигнала във верига с нелинеен елемент със степенна и късо-линейна апроксимация на характеристиките. Метод на ъгъла на отрязване.

Метод на фазовата равнина. Фазови траектории, особени точки, изоклини, пределни цикли. Анализ на нелинейни устройства по метода на фазовата равнина.

Тема 3.2. НЕЛИНЕЙНИ ПРЕОБРАЗУВАНИЯ НА СИГНАЛИ

Нелинейно резонансно усилване на сигнали, режими на работа и параметри на усилвателите. Честотно умножение. Синтез на идеален честотен умножител. Резонансни и параметрични честотни умножители.

Получаване на амплитудно модулирани трептения. Амплитудни модулатори на базата на резонансни усилватели и аналогови умножители на напрежение. балансиран модулатор. Вибрации за изправяне. Принципи на устройство и действие на токоизправителите. Детекция на сигнали с амплитудна модулация. Линейни и квадратични детектори. Синхронно откриване.

Приемане на сигнали с ъглова модулация. Честотни и фазови модулатори. Принципът на работа на цифров честотен модулатор. Детекция на сигнали с ъглова модулация. Откриване на честота и фаза.

Честотно преобразуване. Балансирани честотни преобразуватели.

Принципи на изграждане на модулатори и демодулатори (модеми), използвани в комуникационните канали на компютърните мрежи.

Тема 3.3. АВТОВИСЦИЛИРАЩИ СИСТЕМИ

Структурна схемаосцилатор. Необходимостта от положителна обратна връзка. Възникване на трептения и стационарен режим на работа на осцилатора. Амплитуден баланс и фазов баланс. "Меки" и "твърди" режими на самовъзбуждане. Квазилинеен метод за анализ на стационарния режим. Определяне на амплитудата и честотата на генерираните трептения в стационарен режим.

Схеми на автогенератори. LC и RC осцилатори. Триточкови автоосцилатори с индуктивни и капацитивни връзки. Автогенератори на устройства с отрицателно диференциално съпротивление. Стабилизиране на честотата в автоосцилатори.

Релаксационни осцилатори. Мултивибратори, единични вибратори.

Тема 3.4. ПАРАМЕТРИЧНИ УСТРОЙСТВА

Характеристики и разновидности на параметричните вериги. Енергийни съотношения във верига с нелинеен капацитет. Уравнения на Менли-Роу.

Диференциално уравнение на верига с променлив капацитет. Уравнение на Матийо. Усилване на сигнали в параметрични вериги. Единична верига и двойна верига параметрични усилватели. Параметрично възбуждане на вибрации. Капацитивни и индуктивни параметри.

Раздел 4. СЛУЧАЙНИ СИГНАЛНИ ТРАНСФОРМАЦИИ

Тема 4.1. ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА СЛУЧАЙНИТЕ СИГНАЛИ

Случайни сигнали и смущения в системи за комуникация и управление. Вероятностно-статистически подход за описание на физическите явления в радиотехниката. Случайният процес като модел на случаен сигнал. Едномерни и многомерни закони за разпределение на вероятностите на случайни процеси. Числени характеристики. Корелационна функция като мярка за статистически връзки. Концепцията за статистическата зависимост на случайните процеси.

Стационарни и нестационарни случайни процеси. Ергодични случайни процеси. Статистически характеристики на стационарни и ергодични случайни процеси.

Спектрална плътност на мощността на случаен сигнал. Теорема на Винер-Хинчин. Връзка между ширината на спектъра и корелационния интервал. Някои модели на случайни сигнали: нормален (гаусов) шум, бял шум, теснолентов случаен процес, техните вероятностни характеристики.

Тема 4.2. ЛИНЕЙНИ ТРАНСФОРМАЦИИ НА СЛУЧАЙНИ СИГНАЛИ

Постановка на проблема за анализ на линейни вериги под въздействието на случайни сигнали. Спектрална плътност на мощността и корелационна функцияпроизволен сигнал на изхода на линейна верига. Числени характеристики. Определяне на законите на разпределение на случайни сигнали на изхода на линейна верига. Ефектът от нормализиране на случайни сигнали в теснолентови вериги.

Характеристики на собствения шум на линейните вериги. Диференциране и интегриране на случайни процеси.

Тема 4.3. НЕЛИНЕЙНИ ТРАНСФОРМАЦИИ НА СЛУЧАЙНИ СИГНАЛИ

Постановка на проблема за анализ на нелинейни вериги под въздействието на случайни сигнали. Методи за определяне на законите за разпределение на вероятностите на случайни сигнали на изхода на нелинейна безинерционна верига. Спектрална плътност на мощността и корелационна функция на изходния сигнал. Дефиниране на числови характеристики.

Преобразуване на сигнала и шума в приемния път. Характеристики на обвивката и фазата на теснолентов случаен процес. Ефект на теснолентов нормален шум върху линейни и квадратични амплитудни детектори. Комбиниран ефект на хармонично трептене и нормален шум върху амплитудния детектор. Шумоустойчивост на амплитудни детектори. Ефектът на сигнала и нормалния шум върху честотния детектор.

Тема 4.4. ПРИНЦИПИ НА ОПТИМАЛНА ЛИНЕЙНА ФИЛТРАЦИЯ

Постановка на проблема за оптимално линейно филтриране на сигнали на фона на шум. Съгласувано усилване на филтъра и съотношение сигнал/шум на неговия изход. Импулсна характеристика на съгласуван филтър. Физическа осъществимост. Сигнал и шум на изхода на съгласувания филтър. Синтез на съгласувани филтри за някои типични сигнали. Формиране на сигнал, свързан с даден филтър. Съгласувано филтриране на даден сигнал с "небял" шум.

Същността на корелационния метод. Структурна схема на корелационния приемник. Квазиоптимални филтри.

Раздел 5. Цифрова обработка на сигнали

Тема 5.1. ПРИНЦИПИ НА ДИСКРЕТНАТА ФИЛТРАЦИЯ

Проблеми на цифровата обработка на сигнали. Обща структурацифров филтър. Спектърът на семплирания сигнал. Дискретно преобразуванеФурие. Бързо преобразуване на Фурие. Главна информацияотносно дискретната z-трансформация. Дискретна конволюция на сигнали.

Тема 5.2. ЦИФРОВИ ФИЛТРИ

Принципът на цифровия филтър. Трансферна функция на цифров филтър. Нерекурсивни и рекурсивни цифрови филтри. Канонични схеми на рекурсивни филтри. Методи за синтез на цифрови филтри.

ПРИМЕРЕН СПИСЪК С ТЕМИ ЗА ПРАКТИЧЕСКИ УПРАЖНЕНИЯ

1. Спектрален анализ на периодични сигнали.

2. Спектрален анализ на непериодични сигнали.

3. Корелационен анализ на сигнали.

4. Дискретизация и възстановяване на сигнали съгласно теоремата за дискретизация (теорема на Котелников).

5. Преминаване на сигнали през линейни устройства.

6. Нелинейни сигнални трансформации.

7. Изчисляване на параметрите на амплитудно-модулирани трептения.

8. Изчисляване на параметри на сигнали с честотни и фазови модулации.

9. Изчисляване на амплитудата и честотата на трептенията, генерирани от автоосцилатори.

10. Изчисляване на характеристики на параметрични усилватели.

11. Изчисляване на числови характеристики на стационарни и ергодични случайни сигнали.

12. Линейни трансформации на случайни сигнали.

13. Нелинейни трансформации на случайни сигнали.

14. Синтез на съгласувани филтри за различни сигнали.

15. Синтез на цифрови филтри.

ПРИМЕРЕН СПИСЪК НА ЛАБОРАТОРНИТЕ ТЕМИ

1. Изследване на спектрите на периодични и непериодични сигнали.

2. Изследване на спектрите на сигнали с амплитудна, честотна и фазова модулации.

3. Корелационен анализ на детерминирани сигнали.

4. Изследване на процесите на дискретизация на сигнала съгласно теоремата за вземане на проби.

5. Изследване на преминаването на сигнали през линейни устройства.

6. Изследване на преминаването на сигнали през нелинейни устройства.

7. Изследване на процесите на амплитудна модулация.

8. Изследване на процесите на корекция и детекция на АМ трептения.

9. Изследване на генератори на хармонични трептения.

10. Изследване на законите на разпространение на случайни сигнали.

11. Изследване на преминаването на случайни сигнали през линейни устройства.

12. Изследване на преминаването на случайни сигнали през нелинейни устройства.

13. Корелационен анализ на случайни сигнали.

14. Синтез и изследване на цифрови филтри.

ПРИМЕРЕН СПИСЪК НА КУРСОВИ РАБОТИ

1. Изчисляване на преминаването на сигнали със сложна форма през линейни вериги по спектрален метод.

2. Изчисляване на преминаването на сигнали със сложна форма през линейни вериги по метода на времето.

3. Изчисляване на времеви и спектрални характеристики на сигнали на изхода на нелинейни устройства.

4. Изчисляване на статистически характеристики на случайни сигнали на изхода на линейно устройство.

5. Изчисляване на статистически характеристики на случайни сигнали на изхода на нелинейно устройство.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВЕН

1. Нефедов по радиоелектроника и комуникации: Учебник за ВУЗ. - М.: Висше училище, 2002.

2. Вериги и сигнали на Гоноровски: Учебник за университетите. - М.: Радио и комуникация, 1986.

3., Ушаков основи на радиотехниката: Урокза университети. - М.: Висше училище, 2002.

4. Вериги и сигнали на Баскаков: Учебник за ВУЗ. - М.: Висше училище, 2000.

5. Радиовеги и сигнали. и др./Ред. - Радио и съобщения, 1990г.

ДОПЪЛНИТЕЛЕН

1. Манаев на радиоелектрониката. - М.: Радио и комуникация, 1990.

2. Филтри на Хеминг: Per. от английски. М:. Бухали. радио. 1980 г.

3. Каяци на радиоелектрониката. - М:. Гимназия, 1988г.

4., Нефедов. - М.: МИРЕА, 1997.

5. Левин Основи на статистическата радиотехника. - М.: Радио и комуникация, 1989.

6. Прокинс Дж. Цифрова комуникация. - М.: Радио и комуникация, 1999.

7. Битусни вериги и сигнали. Част 1 и 3. - Минск: BSUIR, 1999.

8. Радиовеги и сигнали. Примери и задачи: Учебник за ВУЗ. / Ед. - М: Радио и комуникация, 1989.

9. Вериги и сигнали на Баскаков: Ръководство за решаване на проблеми: Учебник за ВУЗ. - М: Висше училище, 2002.

При провеждане на лекции в класни стаи, оборудвани с учебна телевизионна система, се осигурява тяхната компютърна поддръжка. Лабораторните и практическите занятия се провеждат в компютърни класове с използване на персонални компютри. За това има подходящ софтуер, създаден от служители на BSUIR, и пакети приложни програмикато Mathcad, Matlab и др.

ОДОБРЕНО

Министерство на образованието

Република Беларус

16.01.2006

Регистрационен номер TD-I.009/вид.

ЕЛЕКТРОНЕН, УЛТРА-ВИСОКА ЧЕСТОТА

И КВАНТУСТРОЙСТВА

Учебна програма за вис образователни институции

по специалности 1 – Радиотехника, 1 – Радиоелектронни системи, 1 – Радиоинформатика, 1 – Електронна информационна сигурност

КОМПИЛАТОРИ:

, Ръководител на катедрата по електроника на образователната институция "Беларуски държавен университет по информатика и радиоелектроника", кандидат на техническите науки;

,

, Старши преподавател в катедрата по електроника на образователната институция "Беларуски държавен университет по информатика и радиоелектроника";

, Доцент на катедрата по електроника на образователната институция "Беларуски държавен университет по информатика и радиоелектроника", кандидат на техническите науки;

, Доцент на катедрата по електроника на образователната институция "Беларуски държавен университет по информатика и радиоелектроника", кандидат на техническите науки;

Под общата редакция:

РЕЦЕНЗЕНТИ:

Катедра ЕлектроникаВоенна академия на Република Беларус (протокол от 01.01.2001 г.);

, Ръководител на отдел, Научноизследователски институт по приборостроене, кандидат на техническите науки

Катедра по електроника на образователната институция "Беларуски държавен университет по информатика и радиоелектроника" (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методически съвет на образователната институция "Беларуски държавен университет по информатика и радиоелектроника" (протокол от 01.01.2001 г.)

ДОГОВОРЕНО:

Председател на Учебно-методическата асоциация на висшите учебни заведения на Република Беларус за обучение в областта на информатиката и радиоелектрониката;

Началник на отдела за висше и средно специално образование на Министерството на образованието на Република Беларус;

Първи заместник-ректор държавна агенцияОбразование "Републикански институт за висше образование"

ОБЯСНИТЕЛНА ЗАПИСКА

Стандартната програма „Електронни, микровълнови и квантови устройства” е разработена за специалностите 1 – Радиотехника, 1 – Радиоелектронни системи, 1 – Радиоинформатика, 1 – Електронна защита на информацията на висшите учебни заведения и осигурява базова подготовка на студентите, необходима за успешно изучаване на специални дисциплини и последващо решаване на индустриални и изследователски задачи в съответствие с образователните стандарти. Целта на изучаването на дисциплината е да подготви студентите за решаване на проблеми, свързани с рационалния избор на електронни устройства, техните режими на работа и комутационни схеми в различни устройства.

Изучаването на дисциплината "Електронни, микровълнови и квантови устройства" трябва да се основава на съдържанието на следните дисциплини: "Висша математика" (диференциално и интегрално смятане, диференциални уравнения, функции на комплексна променлива); "Физика" (електричество, магнетизъм, електромагнитни вълни, квантова физика, физика на твърдото тяло), "Електротехника" (теория на линейните и нелинейните електрически вериги).

Програмата е разработена в съответствие с изискванията на образователните стандарти и е предназначена за обем от 86 учебни часа. Ориентировъчно разпределение на учебните часове по видове учебни занятия: лекции – 52 часа, лабораторни упражнения – 34 часа.

В резултат на изучаването на дисциплината "Електронни, микровълнови и квантови устройства" студентът трябва:

зная:

- физически основи на явленията, принципи на действие, устройство, параметри, характеристики на електронни, микровълнови и квантови устройства и елементи на микроелектрониката и техните различни моделиизползвани при анализа и синтеза на радио електронни устройства;

– актуално състояние и перспективи за развитие на електронни, микровълнови и квантови устройства;

да може да:

- използват придобитите знания, за да правилен изборелектронно устройство и настройка на режима му на работа според постоянен ток;

- намиране на параметрите на устройствата според техните характеристики;

– да се определи влиянието на режимите и условията на работа върху параметрите на устройствата;

придобиват умения за работа:

- с електронни устройства и оборудване, използвани за изследване на характеристиките и измерване на параметрите на устройствата;

Раздел 1. ЕЛЕКТРОННИ УСТРОЙСТВА

ВЪВЕДЕНИЕ

Дефиниция на понятието "Електронни устройства". Класификация на електронните устройства според характера на работната среда (вакуум, разреден газ, твърдо състояние), принцип на действие и работен честотен диапазон. Основни свойства и характеристики на електронните устройства.

Кратък исторически преглед на развитието на местната и чуждестранната електронна техника. Ролята на електронните устройства в радиоелектрониката, телекомуникационните системи, компютърните системи и други области на науката и технологиите. Стойността на курса като една от основните дисциплини в радиотехническите специалности.

Тема 1. ФИЗИЧНИ ОСНОВИ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВАТА ЕЛЕКТРОНИКА

Свойства на полупроводниците. Основни материали на полупроводниковата електроника (силиций, германий, галиев арсенид, галиев нитрид), техните основни електрически параметри. Процеси на образуване на свободни носители на заряд.

Концентрацията на свободни носители в собствените и външните полупроводници, нейната зависимост от температурата. Живот и дължина на дифузия на носителите. Нивото на Ферми, зависимостта му от температурата и концентрацията на примеси.

Кинетични процеси в полупроводниците. Топлинно движение и неговата средна скорост. Дрейфово движение, подвижност на носители на заряд и зависимостта му от температурата и концентрацията на примеси. Плътност на дрейфовия ток, специфична проводимост на полупроводниците и нейната зависимост от температурата и концентрацията на примеси. Движението на носители в силни електрически полета, зависимостта на скоростта на дрейфа от силата на електрическото поле. Дифузионно движение на носители, коефициент на дифузия, плътност на дифузионния ток. Връзката на Айнщайн. Появата на електрическо поле в полупроводник с неравномерно разпределение на примесите.

Физични процеси на повърхността на полупроводник. Повърхностни енергийни състояния, характеристики на движението на носители в близост до повърхността, повърхностна рекомбинация. Полупроводник във външно електрическо поле, дължина на екрана. Изчерпани, обогатени и обърнати слоеве.

Контактни явления в полупроводниците. Физични процеси при прехода електрон-дупка. Образуване на обеднен слой, състояние на равновесие. Уравнение на Поасон. Енергийна диаграма, разпределение на потенциала, напрегнатост на електрическото поле и пространствен заряд в прехода. Височина на потенциалната бариера и ширина на прехода.

Преход електрон-дупка при прилагане на външно напрежение. Инжектиране и извличане на носители на заряд. Характеристики на асиметричен преход.

Волт-амперна характеристика (CVC) на идеализиран преход електрон-дупка. Разпределение на неравновесни носители. Топлинен ток, зависимостта му от забранената зона, концентрация на примеси и температура. Математически модели параметри на идеализиран pn преход: статично и диференциално съпротивление, бариерни и дифузионни капацитети на прехода, зависимостта им от приложеното напрежение. Разбивка p-n-възел. Видове разбивки.

Контакт метал-полупроводник. Изправящи и неизправящи (омични) контакти.

Хетеропреходи. Енергийни диаграми. Характеристики на физичните процеси. VAC функции.

Тема 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ДИОДИ

Класификация на полупроводниковите диоди според технологията на производство, мощност, честота и функционално приложение: токоизправители, ценерови диоди, варикапи, импулсни диоди, диоди за съхранение на заряд, диоди на Шотки, тунелни и инвертирани диоди. Принцип на действие, характеристики, параметри, комутационни вериги. Система за обозначаване на полупроводникови диоди. Влияние на температурата върху CVC.

Тема 3. БИПОЛЯРНИ ТРАНЗИСТОРИ

Устройство с биполярен транзистор (BT). Схеми за включване. Основни режими: активен, прекъсване, насищане, обратен. Принципът на работа на транзистора: физически процеси в емитерния преход, базовия и колекторния преход; разпределение на второстепенни носители в базата данни при различни режими. Ефект на модулация на основната ширина. Токове в транзистора; коефициенти на пренос на ток във вериги с обща база (OB) и общ емитер (OE).

Физически параметри на транзистора: коефициент на пренос на ток, диференциални съпротивления и капацитет на преходите, обемни съпротивления на региони.

Статични характеристики на транзистора. Модел на идеализиран транзистор (модел на Еберс-Мол). Характеристики на реален транзистор в схеми с ОВ и ОЕ. Влиянието на температурата върху характеристиките на транзистора.

Транзистор като линеен четириполюсник. Концепцията за малък сигнал. Системи Z-, Y-, H - параметри и еквивалентни схеми на транзистора. Връзка на Н-параметрите с физически параметритранзистор. Определяне на H-параметри чрез статични характеристики. Зависимост на Н-параметрите от режим на работа и температура. T- и U-образни еквивалентни схеми на транзистори.

Работа на транзистор с товар. Изграждане на товарна линия. принцип на усилване.

Характеристики на работата на транзистора високи честоти. Физични процеси, които определят честотните параметри на транзистора. Ограничаване и ограничаване на честотите, еквивалентна схема на транзистора при високи честоти. Начини за увеличаване на работната честота на BT.

Работа на транзистора в импулсен режим. Физични процеси на натрупване и резорбция на носители на заряд. Импулсни параметри на транзистора.

Разновидности и перспективи за развитие на БТ.

Тема 4. ПОЛЕВИ ТРАНЗИСТОРИ

Полеви транзистор (FET) с управляващ p-n-преход. Устройство, комутационни вериги. Принципът на действие, физичните процеси, влиянието на електродните напрежения върху ширината на p-n прехода и формата на канала. Статични характеристики, области на прекъсване, насищане и пробив на p-n-прехода.

PT с бариера на Шотки. Устройство, принцип на действие. Характеристики и параметри.

PT с изолирана врата. MIS транзистори с вградени и индуцирани канали. Устройство, комутационни вериги. Режими на изчерпване и обогатяване в транзистор с вграден канал и статичните му характеристики.

PT като линеен четириполюсник. y-параметър система полеви транзистории тяхната връзка с физическите параметри. Влияние на температурата върху характеристиките и параметрите на ПТ.

Работа на ПТ на високи честоти и в импулсен режим. Фактори, които определят честотните свойства. Ограничете честотата. Еквивалентна схема при високи честоти. Области на приложение на PT. Сравнение на полеви и биполярни транзистори. Перспективи за развитие и приложение на ПТ.

Тема 5. КОМУТАЦИОННИ УСТРОЙСТВА

Устройство, принцип на действие, ВАХ, видове тиристори, диодни тиристори, триодни тиристори, триаци, приложения. Параметри и система за обозначаване на комутационни устройства.

Тема 6. ЕЛЕМЕНТИ НА ИНТЕГРИРАНА МИКРОСХЕМА

Общи сведения за микроелектрониката. Класификация на компоненти на електронно оборудване и елементи на хибридни микросхеми. Пасивни дискретни компоненти на електронни устройства (резистори, кондензатори, индуктори). Предназначение, физическа основа на работа, параметри, нотни системи. Пасивни елементи на интегралните схеми: резистори, кондензатори. Интегрирани биполярни транзистори, транзистори с бариера на Шотки, мулти-емитерни транзистори. Диоди на полупроводникови ИС. Биполярни транзистори с инжекционна мощност. Полупроводници с такса облигация(CCD). CCD приложение. Параметри на CCD елементи.

Тема 7. ОПТОЕЛЕКТРОННИ КОМПОНЕНТИ

Определение за оптичен обхват електромагнитни трептения. Класификация на оптоелектронни полупроводникови устройства. Електролуминесценция. Основните видове полупроводникови излъчватели: некохерентни и кохерентни полупроводникови излъчватели. Светодиоди, устройство, принцип на действие, характеристики, параметри. Основните материали, използвани за производството на светодиоди. Напредък в разработката на LED.

Полупроводникови приемници на лъчение: фоторезистори, фотодиоди, фототранзистори, фототиристори. Принцип на действие, характеристики, параметри.

Устройството на оптроните, основните видове оптрони: резистор, диод, транзистор и тиристор. Класификация, принцип на действие, входни и изходни параметри на оптроните.

Тема 10. ЛАМПИ С ЕЛЕКТРОННО УПРАВЛЕНИЕ

Електронно излъчване. Видове проблеми. Катоди на електровакуумни апарати, основни видове катоди. Преминаване на ток във вакуум, трансферен ток, ток на изместване, общ ток. Концепцията за индуциран ток.

вакуумен диод. Принцип на действие. Концепцията за обемен заряд. Режим на насищане и режим на ограничаване на тока чрез пространствен заряд. Идеализирани и реални анодни характеристики на диода. Статични опции. Основните видове диоди, приложения.

Триелектродна лампа. Устройството, ролята на решетката в триода. Концепцията за действащото напрежение и пропускливостта на мрежата. Разпределение на тока в триод. Статични характеристики на триода. Статични параметри и определянето им чрез характеристики. Междуелектродни капацитети. Режимът на работа на триода с товар, характеристики на натоварването, параметри на режима на работа с товар.

Тетроди и пентоди. Ролята на решетките. Работно напрежение. Текущо разпределение. Статични характеристики и параметри на многоелектродни лампи; междуелектродни капацитети. Еквивалентни схеми на вакуумни лампи при ниски и високи честоти.

Мощни генераторни и модулаторни лампи.

Характеристики на работата на електронни лампи със статичен контрол на електронния поток в микровълновия честотен диапазон. Понятието общ ток. Влияние на инерционните свойства на електронния поток върху работата на електронните тръби. Влияние върху параметрите на микровълновите лампи на междуелектродните капацитети и оловните индуктивности. Характеристики на дизайна на електронните тръби в микровълновия диапазон. Мощни микровълнови вакуумни тръби. Обхват на електронни лампи от микровълновия диапазон.

Тема 11. УСТРОЙСТВА ЗА ПОКАЗВАНЕ НА ИНФОРМАЦИЯ

Класификация на устройствата за изобразяване на информация.

Видове електронно-лъчеви устройства. Устройството и принципът на работа на електронно-лъчевите устройства. Елементи на електронната оптика. Системи за фокусиране и отклонение в електроннолъчеви тръби. Видове екрани на електроннолъчеви тръби. Опции на екрана.

Видове електроннолъчеви тръби: осцилоскопни тръби, дисплейни тръби, кинескопи, дисплейни тръби, тръби с памет.

Полупроводникови индикатори.

Течнокристални индикатори. Основни параметри, характеризиращи течните кристали. LCD устройство в пропусната и отразена светлина. Възможност за цветно показване в LCD. LCD монитори, устройства и техните основни параметри.

Вакуумни индикатори с нажежаема жичка (VNI), вакуумни луминесцентни индикатори (VLI): едноцифрени, многоразрядни, сегментни VLI, електролуминесцентни индикатори (ELI): устройство и принцип на действие.

Газоразрядни индикатори (GDI). Основните положения на теорията на тлеещия разряд със студен катод. Отделен газоразрядни индикатори. Видове и основни параметри на GRI. Устройството и принципът на работа на газоразрядни индикаторни панели.