З попереднього видно, наскільки різноманітним перетворенням піддається сигнал у процесі передачі каналом зв'язку. Деякі з цих процесів є обов'язковими для більшості радіотехнічних системнезалежно від їх призначення, а також від характеру переданих повідомлень. Перерахуємо ці фундаментальні процеси і принагідно відзначимо їх основні риси стосовно узагальненої схеми радіотехнічного каналу, представленої на рис. 1.1.
Перетворення вихідного повідомлення на електричний сигнал і кодування. При передачі мови та музики таке перетворення здійснюється за допомогою мікрофона, при передачі зображень (телебачення) - за допомогою трубок, що передають (наприклад, суперортикона). При передачі письмового повідомлення (радіотелеграфія) спочатку здійснюють кодування, що полягає в тому, що кожна буква тексту замінюється комбінацією стандартних символів (наприклад, точок, тире і пауз у коді Морзе), які потім перетворюють на стандартні електричні сигнали (наприклад, імпульси різної тривалості або різної полярності).
Слід зазначити, що схема на рис. 1.1 відповідає випадку, коли інформація вводиться "на початку" каналу зв'язку, тобто безпосередньо в передавачі. Дещо інакша справа, наприклад, в радіолокаційному каналі, де інформація про мету (дальність, висота, швидкість і т. д.) вводиться в результаті відображення радіохвилі від мети у вільному просторі.
Генерація високочастотних коливань. Високочастотний генератор є джерелом коливань несучої частоти. Залежно від призначення радіоканалу зв'язку потужність коливань змінюється від тисячних часток вата до мільйонів ват. Природно, що конструктивні форми та розміри цих генераторів різні – від найпростішого малогабаритного елементадо грандіозної технічної споруди.
Основними характеристиками високочастотного генератора є частота і діапазон (можливість швидкої перебудови з однієї робочої частоти на іншу), потужність і коефіцієнт корисної дії. Особливо важливе значеннямає стабільність частоти коливань. Радіотехніка у цьому відношенні перебуває у винятковому положенні. Умови поширення радіохвиль та широкий спектр частот сигналів диктують застосування дуже високих частот. Умови обробки сигналів на тлі перешкод і необхідність ослаблення взаємних перешкод між різними радіоканалами змушують домагатися максимально можливого зменшення абсолютних змін частоти. Це призводить до надзвичайно жорстких вимог щодо відносної стабільності частоти.
Управління коливаннями (модуляція). Процес модуляції полягає у зміні одного або декількох параметрів високочастотного коливання за законом повідомлення, що передається. Частоти модулюючого сигналу, як правило, малі в порівнянні з несучою частотою генератора, Для здійснення модуляції використовуються різні прийомизазвичай засновані на зміні потенціалу електродів електронних приладів, що входять до схеми радіопередаючого пристрою. Основна характеристика процесу модуляції – ступінь відповідності між зміною параметра високочастотного коливання та модулюючим сигналом.
Посилення слабких сигналів у приймачі. Антена приймача вловлює нікчемну частку енергії, що випромінюється антеною передавача, Залежно від відстані між передавальної та приймальною станціями, від ступеня спрямованості випромінювання антен та умов поширення радіохвиль потужність на вході приймача 10 -10 ... 10 -14 Вт. На виході приймача для надійної реєстрації сигналу потрібна потужність порядку міліватів, одиниць ватів і більше. Звідси видно, що посилення в приймачі має досягати 107...1014 за потужністю або 104...107 за напругою.
У сучасних приймачах впевнена реєстрація сигналу забезпечується при напрузі на вході порядку мікровольта. Вирішення цього складного завдання виявляється можливим завдяки досягненням сучасної електроніки. Велику роль грають також спеціальні методи побудови схем приймачів, які забезпечують велике посилення за збереження стійкості роботи приймача. До таких методів відноситься перетворення (зниження) частоти коливання в тракті приймача, що здійснюється так, що при цьому зберігається структура сигналу, що передається (у схемі на рис. 1.1 процес перетворення частоти не позначений). Крім прийомних пристроїв, процес перетворення частоти широко використовується в різних радіотехнічних та радіовимірювальних пристроях.
Проблема посилення приймача невіддільна від проблеми виділення сигналу і натомість перешкод. Тому одним із основних параметрів приймача є вибірковість, під якою мається на увазі здатність виділяти корисні сигнали із сукупності сигналу та сторонніх впливів (перешкод), що відрізняються від сигналу частотою. Частотна вибірковість здійснюється за допомогою резонансних коливальних кіл.
Виділення повідомлення з високочастотного коливання (детектування та декодування). Детектування є процесом, зворотним стосовно модуляції. В результаті детектування має бути отримана напруга (струм), що змінюється в часі так само, як змінюється один із параметрів (амплітуда, частота або фаза) модульованого коливання. Іншими словами, має бути відновлено повідомлення, що передається. Детектор, як правило, включається на виході приймача, отже до нього підводиться модульоване коливання, вже посилене попередніми ступенями приймача. Основна вимога до детектора – точне відтворення форми сигналу.
Після детектування здійснюється декодування сигналу, т. Е. Процес, зворотний кодування. У ряді радіотехнічних каналів кодування та декодування не використовуються.
Крім перерахованих процесів, однак пов'язаних із перетворенням частотних спектрів, в радіотехнічних пристроях широке застосування знаходить посилення коливань без трансформації частоти, здійснюване у різних підсилювачах. До таких підсилювачів належать:
Низькочастотні підсилювачі керуючих сигналів, що використовуються перед модулятором передавача, а також на виході приймача;
Підсилювачі коротких імпульсів, що застосовуються у телевізійній та радіолокаційній техніці, а також у імпульсних системах радіозв'язку;
Високочастотні підсилювачі великої потужності, що використовуються в радіопристроях;
Високочастотні підсилювачі слабких сигналів, які застосовуються в радіоприймальних та вимірювальних пристроях.
Крім згаданих процесів, властивих, як уже зазначалося, будь-якої радіотехнічної лінії, у ряді спеціальних випадків широко застосовуються багато інших процесів: множення та розподіл частоти, генерація коротких імпульсів, різні видиімпульсної модуляції і т.д.
Глава 1 Елементи загальної теорії радіотехнічних сигналів
Термін «сигнал» часто зустрічається у науково-технічних питаннях, а й у повсякденному житті. Іноді, не замислюючись про строгість термінології, ми ототожнюємо такі поняття, як сигнал, повідомлення, інформація. Зазвичай це призводить до непорозумінь, оскільки слово «сигнал» походить від латинського терміна «signum» - «знак», має широкий смисловий діапазон.
Проте, приступаючи до систематичного вивчення теоретичної радіотехніки, слід наскільки можна уточнити змістовний сенс поняття «сигнал». Відповідно до прийнятої традицією сигналом називають процес зміни у часі фізичного стану будь-якого об'єкта, що служить для відображення, реєстрації та передачі повідомлень. У практиці людської діяльності повідомлення нерозривно пов'язані із укладеною у яких інформацією.
Коло питань, що базуються на поняттях «повідомлення» та «інформація», дуже широке. Він є об'єктом пильної уваги інженерів, математиків, лінгвістів, філософів. У 40-х роках К. Шеннон завершив початковий етап розробки глибокого наукового напряму - теорії інформації.
Слід сказати, що згадані тут проблеми, як правило, далеко виходять за межі курсу «Радіотехнічні ланцюги та сигнали». Тому в цій книзі не викладатиметься зв'язок, який існує між фізичним виглядом сигналу та змістом укладеного в ньому повідомлення. Тим більше не обговорюватиметься питання про цінність інформації, укладеної в повідомленні та, зрештою, у сигналі.
1.1. Класифікація радіотехнічних сигналів
Приступаючи до вивчення будь-яких нових об'єктів чи явищ, у науці завжди прагнуть провести їхню попередню класифікацію. Нижче така спроба здійснена стосовно сигналів.
Основна мета - вироблення критеріїв класифікації, а також, що дуже важливо для подальшого встановлення певної термінології.
Опис сигналів за допомогою математичних моделей.
Сигнали як фізичні процеси можна вивчати за допомогою різних приладів та пристроїв – електронних осцилографів, вольтметрів, приймачів. Такий емпіричний метод має значний недолік. Явлення, що спостерігаються експериментатором, завжди виступають як приватні, поодинокі прояви, позбавлені тієї міри узагальненості, яка б судити про їхні фундаментальні властивості, передбачати результати в умовах, що змінилися.
Для того щоб зробити сигнали об'єктами теоретичного вивчення та розрахунків, - слід вказати спосіб їх математичного опису або, говорячи мовою сучасної науки, створити математичну модель досліджуваного сигналу.
Математичною моделлю сигналу може бути, наприклад, функціональна залежність, аргументом якої є час. Як правило, надалі такі математичні моделі сигналів позначатимуться символами латинського алфавіту s(t), u(t), f(t) і т.д.
Створення моделі (в даному випадку фізичного сигналу) - перший суттєвий крок на шляху систематичного вивчення якості явища. Насамперед математична модель дозволяє абстрагуватися від конкретної природи носія сигналу. У радіотехніці та сама математична модель з рівним успіхом описує струм, напруга, напруженість електромагнітного поля тощо.
Істотна сторона абстрактного методу, що базується на понятті математичної моделі, полягає в тому, що ми отримуємо можливість описувати ті властивості сигналів, які об'єктивно виступають як визначально важливі. При цьому ігнорується велика кількість другорядних ознак. Наприклад, у переважній більшості випадків вкрай важко підібрати точні функціональні залежності, які відповідали б електричним коливанням, що спостерігаються експериментально. Тому дослідник, керуючись всією сукупністю доступних йому відомостей, вибирає з готівкового арсеналу математичних моделей сигналів ті, які у конкретній ситуації найкращим і самим простим чиномописують фізичний процес. Отже, вибір моделі – процес значною мірою творчий.
Функції, що описують сигнали, можуть набувати як речові, так і комплексні значення. Тому надалі часто говоритимемо про речові та комплексні сигнали. Використання того чи іншого принципу – справа математичної зручності.
Знаючи математичні моделі сигналів, можна порівнювати ці сигнали між собою, встановлювати їх тотожність та відмінність, проводити класифікацію.
Одновимірні та багатовимірні сигнали.
Типовим для радіотехніки сигналом є напруга на затискачі будь-якого ланцюга або струм у гілки.
Такий сигнал, який описується однією функцією часу, прийнято називати одновимірним. У цій книзі найчастіше вивчатимуться одновимірні сигнали. Однак іноді зручно вводити на розгляд багатовимірні, або векторні сигнали виду.
утворені деякою кількістю одновимірних сигналів. Ціле число N називають розмірністю такого сигналу (термінологія запозичена з лінійної алгебри).
Багатовимірним сигналом служить, наприклад, система напруги на затискачах багатополюсника.
Зазначимо, що багатовимірний сигнал – упорядкована сукупність одновимірних сигналів. Тому в загальному випадку сигнали з різним порядком прямування компонентів не рівні один одному:
Багатомірні моделі сигналів особливо корисні у випадках, коли функціонування складних систем аналізується з допомогою ЕОМ.
Детерміновані та випадкові сигнали.
Інший принцип класифікації радіотехнічних сигналів ґрунтується на можливості або неможливості точного передбачення їх миттєвих значень у будь-які моменти часу.
Якщо математична модель сигналу дозволяє здійснити таке передбачення, сигнал називається детермінованим. Способи його завдання можуть бути різноманітними – математична формула, обчислювальний алгоритм, нарешті, словесний опис.
Строго кажучи, детермінованих сигналів, як і відповідних їм детермінованих процесів, немає. Неминуча взаємодія системи з фізичними об'єктами, що оточують її, наявність хаотичних теплових флуктуацій і просто неповнота знань про початковий стан системи - все це змушує розглядати реальні сигнали як випадкові функції часу.
У радіотехніці випадкові сигнали часто проявляють себе як перешкоди, що перешкоджають вилученню інформації з прийнятого коливання. Проблема боротьби з перешкодами, підвищення стійкості до перешкод радіоприймання - одна з центральних проблем радіотехніки.
Може здатися, що поняття «випадковий сигнал» є суперечливим. Однак це не так. Наприклад, сигнал на виході приймача радіотелескопа, спрямованого на джерело космічного випромінювання, є хаотичні коливання, що несуть, проте, різноманітну інформацію про природний об'єкт.
Між детермінованими та випадковими сигналами немає непереборного кордону.
Дуже часто в умовах, коли рівень перешкод значно менший за рівень корисного сигналу з відомою формою, більш проста детермінована модель виявляється цілком адекватною поставленій задачі.
Методи статистичної радіотехніки, розвинені останні десятиліття для аналізу властивостей випадкових сигналів, мають багато специфічних рис і базуються на математичному апараті теорії ймовірностей та теорії випадкових процесів. Цьому колу питань буде повністю присвячено низку розділів цієї книги.
Імпульсні сигнали.
Дуже важливий для радіотехніки клас сигналів є імпульси, тобто коливання, що існують лише в межах кінцевого відрізка часу. При цьому розрізняють відеоімпульси (рис. 1.1 а) і радіоімпульси (рис. 1.1 б). Відмінність між цими двома основними видами імпульсів ось у чому. Якщо - відеоімпульс, то відповідний радіоімпульс (частота і початкова довільні). При цьому функція називається огинаючої радіоімпульсу, а функція - його заповненням.
Мал. 1.1. Імпульсні сигнали та їх характеристики: а - відеоімпульс; б - радіоімпульс; в - визначення числових параметрів імпульсу
У технічних розрахунках замість повної математичної моделі, яка враховує подробиці тонкої структури імпульсу, часто користуються числовими параметрами, що дають спрощене уявлення про його форму. Так, для відеоімпульсу, близького до форми до трапеції (рис. 1.1, в), прийнято визначати його амплітуду (висоту) А. З часових параметрів вказують тривалість імпульсу тривалість фронту і тривалість зрізу
У радіотехніці мають справу з імпульсами напруги, амплітуди яких лежать у межах від часток мікровольта до кількох кіловольт, а тривалості досягають часток наносекунди.
Аналогові, дискретні та цифрові сигнали.
Закінчуючи короткий оглядпринципів класифікації радіотехнічних сигналів, зазначимо таке. Часто фізичний процес, що породжує сигнал, розвивається в часі таким чином, що значення сигналу можна вимірювати. будь-які моменти часу. Сигнали цього класу прийнято називати аналоговими (континуальними).
Термін « аналоговий сигнал» підкреслює, що такий сигнал «аналогічний», повністю подібний до фізичного процесу, що його породжує.
Одновимірний аналоговий сигнал наочно представляється своїм графіком (осцилограмою), який може бути безперервним, так і з точками розриву.
Спочатку радіотехніці використовувалися сигнали виключно аналогового типу. Такі сигнали дозволяли успішно вирішувати щодо нескладні технічні завдання (радіозв'язок, телебачення тощо. буд.). Аналогові сигнали було просто генерувати, приймати та обробляти за допомогою доступних у ті роки засобів.
Зростання вимог до радіотехнічних систем, різноманітність застосувань змусили шукати нові принципи їх побудови. На зміну аналоговим у ряді випадків прийшли імпульсні системи, робота яких ґрунтується на використанні дискретних сигналів. Найпростіша математична модель дискретного сигналу - це численне безліч точок - ціле число) на осі часу, у кожній з яких визначено відлікове значення сигналу. Як правило, крок дискретизації кожного сигналу постійний.
Одна з переваг дискретних сигналів у порівнянні з аналоговими – відсутність необхідності відтворювати сигнал безперервно у всі моменти часу. За рахунок цього з'являється можливість однієї і тієї ж радіолінії передавати повідомлення від різних джерел, організуючи багатоканальний зв'язок з поділом каналів за часом.
Інтуїтивно ясно, що аналогові сигнали, що швидко змінюються в часі, для їх дискретизації вимагають малого кроку . У гол. 5 це фундаментально важливе питання буде детально досліджено.
Особливим різновидом дискретних сигналів є цифрові сигнали. Їх характерно те, що отсчетные значення представлені у вигляді чисел. З міркувань технічних зручностей реалізації та обробки зазвичай використовують двійкові числа з обмеженим і, як правило, не надто більшим числомрозрядів. Останнім часом намітилася тенденція широкого впровадження систем із цифровими сигналами. Це пов'язано із значними успіхами, досягнутими мікроелектронікою та інтегральною схемотехнікою.
Слід мати на увазі, що по суті будь-який дискретний або цифровий сигнал (мова йде про сигнал - фізичний процес, а не про математичну модель) є аналоговим сигналом. Так, аналоговому сигналу, що повільно змінюється в часі, можна зіставити його дискретний образ, що має вигляд послідовності прямокутних відеоімпульсів однакової тривалості (рис. 1.2, а); висота етнх імпульсів пропорційна значенням у відлікових точках. Однак можна надійти і по іншому, зберігаючи висоту імпульсів постійної, але змінюючи їх тривалість відповідно до поточних відлікових значень (рис. 1.2, б).
Мал. 1.2. Дискретизація аналогового сигналу: а – при змінній амплітуді; б - при змінній тривалості відлікових імпульсів
Обидва представлені тут сцособа дискретизації аналогового сигналу стають еквівалентними, якщо покласти, що значення аналогового сигналу в точках дискретизації пропорційні площі окремих відеоімпульсів.
Фіксування відлікових значень у вигляді чисел здійснюється шляхом відображення останніх у вигляді послідовності відеоімпульсів. Двійкова система числення ідеально пристосована для цієї процедури. Можна, наприклад, зіставити одиниці високий, а нулю - низький рівень потенціалу, f Дискретні сигнали та їх властивості детально вивчатимуться в гол. 15.
Перш ніж приступити до вивчення будь-яких нових явищ, процесів чи об'єктів, у науці завжди прагнуть провести їх класифікацію за можливо більшими ознаками. Для розгляду та аналізу сигналів виділимо їх основні класи. Це потрібно з двох причин. По-перше, перевірка належності сигналу до конкретного класу – процедура аналізу. По-друге, для представлення та аналізу сигналів різних класів найчастіше доводиться використовувати різні засоби та підходи. Основні поняття, терміни та визначення в галузі радіотехнічних сигналів встановлює національний (раніше державний) стандарт «Сигнали радіотехнічні. Терміни та визначення». Радіотехнічні сигнали надзвичайно різноманітні. Частина короткої класифікації сигналів за низкою ознак наведено на рис. 1. Докладніше відомості про ряд понять викладено далі. Радіотехнічні сигнали зручно розглядати у вигляді математичних функцій, заданих у часі та фізичних координатах. З цієї точки зору сигнали зазвичай описується однією (одномірний сигнал; n = 1), двома
(двовимірний сигнал; n = 2) або більше (багатомірний сигнал n > 2) незалежними змінними. Одновимірні сигнали є функціями лише часу, а багатовимірні, крім того, відображають положення в n-вимірному просторі .
Рис.1. Класифікація радіотехнічних сигналів
Будемо для визначеності та спрощення в основному розглядати одновимірні сигнали, що залежать від часу, проте матеріал навчального посібника допускає узагальнення і на багатовимірний випадок, коли сигнал подається у вигляді кінцевої або нескінченної сукупності точок, наприклад, у просторі, положення яких залежить від часу. У телевізійних системах сигнал чорно-білого зображення можна розглядати як функцію f(x, y, f) двох просторових координат і часу, що представляє інтенсивність випромінювання в точці (x, y) в момент часу t на катоді. При передачі кольорового телевізійного сигналу маємо три функції f(x, y, t), g(x, y, t), h(x, y, t), визначені на тривимірній множині (можна розглядати ці три функції також як компоненти тривимірного векторного). поля). Крім того, різні види телевізійних сигналів можуть виникати під час передачі телевізійного зображення спільно зі звуком.
Багатовимірний сигнал – упорядкована сукупність одновимірних сигналів. Багатовимірний сигнал створює, наприклад, система напруги на затисканнях багатополюсника (рис. 2). Багатовимірні сигнали описують складними функціями, і їхня обробка частіше можлива в цифровій формі. Тому багатовимірні моделі сигналів особливо корисні у разі, коли функціонування складних систем аналізується за допомогою комп'ютерів. Отже, багатовимірні, або векторні, сигнали складаються з безлічі одновимірних сигналів
де n – ціле число, розмірність сигналу.
Р 
іс. 2. Система напруг багатополюсника
За особливостями структури тимчасового представлення (рис. 3) всі радіотехнічні сигнали поділяються на аналогові (analog), дискретні (discrete-time; від латів. discretus – розділений, переривчастий) та цифрові (digital).
Якщо фізичний процес, що породжує одновимірний сигнал, можна уявити безперервною функцією часу u(t) (рис. 3, а), то такий сигнал називають аналоговим (безперервним), або, узагальнено, континуальним (continuos - багатоступінчастим), якщо останній має стрибки , розриви по осі амплітуд Зауважимо, що зазвичай термін «аналоговий» використовують із опису сигналів, які безперервні у часі. Безперервний сигнал можна трактувати як дійсне або комплексне коливання у часі u(t), що є функцією безперервної дійсної тимчасової змінної. Поняття «аналоговий» сигнал пов'язане з тим, що будь-яке миттєве значення аналогічне закону зміни відповідної фізичної величини в часі. Прикладом аналогового сигналу є деяка напруга, яка подана на вхід осцилографа, в результаті чого на екрані виникає безперервна крива як функція часу. Оскільки сучасна обробка безперервних сигналів з використанням резисторів, конденсаторів, операційних підсилювачів тощо має мало спільного з аналоговими комп'ютерами, термін «аналоговий» сьогодні видається не зовсім невдалим. Більш коректним було б називати безперервною обробкою сигналів те, що сьогодні зазвичай називають аналоговою обробкою сигналів.
У радіоелектроніці та техніці зв'язку широко застосовуються імпульсні системи, пристрої та ланцюги, дія яких ґрунтується на використанні дискретних сигналів. Наприклад, електричний сигнал, що відображає мову, є безперервним як за рівнем, так і за часом, а датчик температури, що видає її значення через кожні 10 хв, служить джерелом безперервних сигналів за значенням, але дискретних за часом.
Дискретний сигнал одержують з аналогового шляхом спеціального перетворення. Процес перетворення аналогового сигналу на послідовність відліків називається дискретизацією (sampling), а результат такого перетворення - дискретним сигналом чи дискретним рядом (discrete series).
Найпростіша математична модель дискретного сигналу 
- послідовність точок на часовій осі, взятих, як правило, через рівні проміжки часу 
, Звані періодом дискретизації (або інтервалом, кроком дискретизації; Sample time), і в кожній з яких задані значення відповідного безперервного сигналу (рис. 3, б). Величина, обернена до періоду дискретизації, називається частотою дискретизації (sampling frequency): 
(інше позначення 
). Відповідна їй кутова (кругова) частота визначається так: 
.
Дискретні сигнали можуть бути створені безпосередньо джерелом інформації (зокрема, дискретні відліки сигналів датчиків у системах керування). Найпростішим прикладом дискретних сигналів можуть бути відомості про температуру, що передаються в програмах новин радіо і телебачення, а в паузах між такими передачами відомостей про погоду зазвичай немає. Не слід думати, що дискретні повідомлення обов'язково перетворять на дискретні сигнали, а безперервні повідомлення - безперервні сигнали. Найчастіше саме безперервні сигнали використовують передачі дискретних повідомлень (як їх переносників, т. е. несучої). Дискретні сигнали можна використовувати для передачі безперервних повідомлень.
Очевидно, що у випадку подання безперервного сигналу набором дискретних відліків призводить до певної втрати корисної інформації, оскільки ми нічого не знаємо про поведінку сигналу в проміжках між відліками. Однак існує клас аналогових сигналів, для яких такої втрати інформації практично не відбувається, і тому вони можуть бути з високим ступенем точності відновлені за значеннями своїх дискретних відліків.
Різновидом дискретних сигналів є цифровий сигнал (digital signal). 
. При цьому значення рівнів сигналу можна пронумерувати двійковими числами з кінцевим числом розрядів, необхідним. Сигнал, дискретний у часі та квантований за рівнем, називають цифровим сигналом. До речі, сигнали, квантовані за рівнем, але безперервні у часі, практично зустрічаються рідко. У цифровому сигналі дискретні значення сигналу 
спочатку квантують за рівнем (рис. 3, в) і потім квантовані відліки дискретного сигналу замінюють числами 
найчастіше реалізованими в двійковому коді, який є високим (одиниця) і низьким (нуль) рівнями потенціалів напруги - короткими імпульсами тривалістю 
(Рис. 3, г). Такий код називають уніполярним. Оскільки відліки можуть набувати кінцеве безліч значень рівнів напруги (див. наприклад другий відлік на рис. 3, г, який у цифровому вигляді практично рівноймовірно може бути записаний як числом 5 - 0101, так і числом 4 - 0100), то при поданні сигналу неминуче відбувається його округлення. Помилки округлення, що виникають при цьому, називаються помилками (або шумами) квантування (quantization error, quantization noise).
Послідовність чисел, що представляє сигнал під час цифрової обробки, є дискретним рядом (discrete series). Числа, що становлять послідовність, є значеннями сигналу в окремі (дискретні) моменти часу і називаються цифровими відліками сигналу (samples). Далі квантоване значення сигналу представляється у вигляді набору імпульсів, що характеризують нулі («0») та одиниці («1») при поданні цього значення двійковій системічислення (рис. 3, г). Набір імпульсів використовують для амплітудної модуляції несучого коливання та отримання кодово-імпульсного радіосигналу.
В результаті цифрової обробки не виходить нічого «фізичного», лише цифри. А цифри – це абстракція, спосіб опису інформації, що міститься у повідомленні. Отже, нам необхідно мати щось фізичне, що представлятиме цифри або бути носієм цифр. Отже, сутність цифрової обробки полягає в тому, що фізичний сигнал (напруга, струм і т. д.) перетворюється на послідовність чисел, яка піддається математичним перетворенням в обчислювальному пристрої.
Трансформований цифровий сигнал (послідовність чисел) за потреби може бути перетворений назад, у напругу або струм.
Цифрова обробка сигналів надає широкі можливості з передачі, прийому та перетворення інформації, у тому числі й ті, які не можуть бути реалізовані за допомогою аналогової техніки. На практиці під час аналізу та обробки сигналів найчастіше цифрові сигнали замінюють дискретними, які відмінність від цифрових інтерпретують як шум квантування. У зв'язку з цим ефекти, пов'язані з квантуванням за рівнем та оцифруванням сигналів, у більшості випадків не братимуть до уваги. Можна сміливо сказати, що у дискретних і цифрових ланцюгах (зокрема, в цифрових фільтрах) обробляють дискретні сигнали, лише усередині структури цифрових ланцюгів ці сигнали представлені числами.
Обчислювальні пристрої, призначені для обробки сигналів можуть оперувати з цифровими сигналами. Існують також пристрої, побудовані переважно на базі аналогової схемотехніки, які працюють з дискретними сигналами, представленими у вигляді імпульсів різної амплітуди, тривалості або частоти повторення.
Однією з основних ознак, якими розрізняються сигнали, є передбачуваність сигналу (його значень) у часі.
Р 
іс. 3. Радіотехнічні сигнали:
а – аналоговий; б – дискретний; в - квантований; г - цифровий
За математичним уявленням (за ступенем наявності апріорної, від латів. a priori - з попереднього, т. е. допитової інформації) все радіотехнічні сигнали прийнято ділити на дві основні групи: детерміновані (регулярні; determined) і випадкові (casual) сигнали (рис. 4).
Детермінованими називають радіотехнічні сигнали, миттєві значення яких будь-якої миті часу достовірно відомі, тобто передбачувані з ймовірністю, що дорівнює одиниці. Детерміновані сигнали описуються заздалегідь заданими функціями часу. До речі, миттєве значення сигналу - це міра того, яке значення і в якому напрямку змінна відхиляється від нуля; таким чином, миттєві значення сигналу можуть бути як позитивними, і негативними (рис. 4, а). Найпростішими прикладами детермінованого сигналу є гармонійне коливання з відомою початковою фазою, високочастотні коливання, модульовані за відомим законом, послідовність або пачка імпульсів, форма, амплітуда та тимчасове положення яких заздалегідь відомі.
Якби повідомлення, що передається по каналах зв'язку, було детермінованим, тобто заздалегідь відомим з повною достовірністю, то його передача була б безглуздою. Таке детерміноване повідомлення щодо справи не містить жодної нової інформації. Тому повідомлення слід розглядати як випадкові події (або випадкові функції, випадкові величини). Інакше кажучи, має існувати кілька варіантів повідомлення (наприклад, безліч різних значень тиску, що видаються датчиком), з яких реалізують з певною ймовірністю одне. У зв'язку з цим сигнал є випадковою функцією. Детермінований сигнал може бути носієм інформації. Його можна використовувати лише для випробувань радіотехнічної системи передачі або тестування окремих її пристроїв. Випадковий характер повідомлень, і навіть перешкод зумовив найважливіше значення теорії ймовірностей у побудові теорії передачі.
Мал. 4. Сигнали:
а – детермінований; б - випадковий 
Детерміновані сигнали поділяють на періодичні та неперіодичні (імпульсні). Сигнал кінцевої енергії, істотно відмінний від нуля протягом обмеженого інтервалу часу, порівнянного з часом завершення перехідного процесув системі, для на яку він призначений, називають імпульсним сигналом.
Випадковими називають сигнали, миттєві значення яких у будь-який момент часу не відомі і не можуть бути передбачені з ймовірністю, що дорівнює одиниці. Фактично для випадкових сигналів можна знати лише ймовірність того, що він набуде будь-якого значення.
Може здатись, що поняття «випадковий сигнал» не зовсім коректне.
Але це негаразд. Наприклад, напруга на виході приймача тепловізора, спрямованого на джерело ІЧ-випромінювання, представляє хаотичні коливання, що несуть різноманітну інформацію про об'єкт, що аналізується. Строго кажучи, всі сигнали, що зустрічаються на практиці, є випадковими і більшість їх представляють хаотичні функції часу (рис. 4, б). Як не парадоксально на перший погляд, але сигналом, що несе корисну інформацію, може бути лише випадковий сигнал. Інформація в такому сигналі закладена у безлічі амплітудних, частотних (фазових) або кодових змін сигналу, що передається. Сигнали зв'язку в часі змінюють миттєві значення, причому ці зміни можуть бути передбачені лише з деякою ймовірністю меншої одиниці. Таким чином, сигнали зв'язку є до певної міри випадковими процесами, тому і їх опис здійснюється за допомогою методів, аналогічних методам опису випадкових процесів.
У процесі передачі корисної інформації радіотехнічні сигнали можуть бути піддані тому чи іншому перетворенню. Це зазвичай відображають у їх назві: сигнали модульовані, демодульовані (детектовані), кодовані (декодовані), посилені, затримані, дискретизовані, квантовані та ін.
За призначенням, яке сигнали мають у процесі модуляції, їх можна розділити на модулюючі (первинний сигнал, який модулює несуче коливання) або модульовані (несуче коливання).
За приналежністю до того чи іншого виду радіотехнічних систем, зокрема систем передачі інформації, розрізняють «зв'язкові», телефонні, телеграфні, радіомовні, телевізійні, радіолокаційні, радіонавігаційні, вимірювальні, керуючі, службові (у тому числі пілот-сигнали) та інші сигнали .
Наведена коротка класифікація радіотехнічних сигналів не повністю охоплює їх різноманітність.
Видання третє, перероблене та доповнене
Допущено Міністерством вищої та середньої спеціальної освіти СРСР як підручник для студентів радіотехнічних спеціальностей вузів
МОСКВА «Радянське радіо» 1977
Книга є підручником з курсу «Радіотехнічні ланцюги та сигнали» для вузів радіотехнічної спеціальності. У зв'язку із запровадженням нової програми цього курсу дане видання докорінно перероблено та доповнено такими новими розділами: дискретна та цифрова обробка сигналів; апроксимація процесів та характеристик функціями Уолша; синтез радіотехнічних ланцюгів
Особливу увагу приділено розділам, присвяченим статистичним явищам радіотехнічних ланцюгах. Методично перероблені розділи з спектрального та кореляційного аналізу детермінованих та випадкових сигналів, а також з теорії їх перетворення у лінійних, параметричних та нелінійних пристроях.
Хоча книга призначена для студентів радіотехнічних факультетів вузів, вона може бути також корисна широкому колу фахівців, які працюють у галузі радіоелектроніки та суміжних галузях науки і техніки.
Гоноровський І. С. Радіотехнічні ланцюги та сигнали. Підручник для вишів. Вид. 3-тє, перераб. та дод. М., «Рад. радіо», 1977, 608 с.
Передмова до третього видання
Глава 1. ВСТУП
1.1. Основні галузі застосування радіотехніки
1.2. Передача сигналів на відстань. Особливості поширення радіохвиль і частоти, що використовуються в радіотехніці
1.3. Основні радіотехнічні процеси
1.4. Аналогові, дискретні та цифрові сигнали та ланцюги
1.5. Радіоланцюги та методи їх аналізу
1.6. Проблема завадостійкості каналу зв'язку
1.7. Завдання та зміст курсу
Глава 2. СИГНАЛИ
2.1. Загальні зауваження
2.2. Розкладання довільного сигналу за заданою системою функцій
2.3. Гармонічний аналіз періодичних коливань
2.4. Спектри найпростіших періодичних коливань
2.5. Розподіл потужності у спектрі періодичного коливання
2.6. Гармонічний аналіз неперіодичних коливань
2.7. Деякі властивості перетворення Фур'є
2.8. Розподіл енергії у спектрі неперіодичного коливання
2.9. Приклади визначення спектрів неперіодичних коливань
2.10. Співвідношення між тривалістю сигналу та шириною його спектру
2.11. Нескінченно короткий імпульс із одиничною площею (дельта-функція)
2.12. Спектри деяких неінтегрованих функцій
2.13. Подання сигналів на площині комплексної змінної
2.14. Подання сигналів з обмеженою частотною смугою у вигляді ряду Котельникова
2.15. Теорема відліків у частотній області
2.16. Кореляційний аналіздетермінованих сигналів
2.17. Співвідношення між кореляційною функцією та спектральною характеристикою сигналу
2.18. Когерентність
Глава 3. РАДІОСИГНАЛИ
3.1. Загальні визначення
3.2. Радіосигнали з амплітудною модуляцією
3.3. Частотний спектрамплітудно-модульованого сигналу
3.4. Кутова модуляція. Фаза та миттєва частота коливання
3.5. Спектр коливання під час кутової модуляції. Загальні співвідношення
3.6. Спектр коливання при гармонійній кутовій модуляції
3.7. Спектр радіоімпульсу із частотно-модульованим заповненням
3.8. Спектр коливання при змішаній амплітудно-частотній модуляції
3.9. Огибаюча, фаза та частота вузькосмугового сигналу
3.10. Аналітичний сигнал
3.11. Кореляційна функція модульованого коливання
3.12. Дискретизація вузькосмугового сигналу
Глава 4. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИПАДКОВИХ СИГНАЛІВ
4.1. Загальні визначення випадкових процесів
4.2. Види випадкових процесів. Приклади
4.3. Спектральна щільністьпотужності випадкового процесу
4.4. Співвідношення між енергетичним спектром та кореляційною функцією випадкового процесу
4.5. Взаємно-кореляційна функція та взаємний енергетичний спектр двох випадкових процесів
4.6. Вузькосмуговий випадковий процес
4.7. Коливання, модульоване за амплітудою випадковим процесом
4.8. Коливання, модульоване фазою випадковим процесом. Щільність ймовірності
Глава 5. Лінійні радіоланцюги з постійними параметрами
5.1. Вступні зауваження
5.2. Визначення та основні властивості активного ланцюга
5.3. Активний чотириполюсник як лінійний підсилювач
5.4. Транзисторний підсилювач
5.5. Підсилювач на електронній лампі
5.6. Аперіодичний підсилювач
5.7. Резонансний підсилювач
5.8. Зворотній зв'язок в активному чотириполюснику
5.9. Застосування негативної зворотного зв'язкудля покращення характеристик підсилювача
5.10. Стійкість лінійних активних ланцюгів із зворотним зв'язком. Алгебраїчний критерій стійкості
5.11. Частотні критерії стійкості
Глава 6. ПРОХОДЖЕННЯ ДЕТЕРМІНОВАНИХ КОЛИВАНЬ ЧЕРЕЗ ЛІНІЙНІ ЛАНЦЮГИ З ПОСТІЙНИМИ ПАРАМЕТРАМИ
6.1. Вступні зауваження
6.2. Спектральний метод
6.3. Метод інтеграла накладання
6.4. Проходження дискретних сигналів через аперіодичний підсилювач
6.5. Диференціювання та інтегрування сигналів
6.6. Особливості аналізу радіосигналів у виборчих ланцюгах. Наближений спектральний метод
6.7. Спрощення методу інтеграла накладання (метод огинаючої)
6.8. Проходження радіоімпульсу через резонансний підсилювач
6.9. Лінійні спотворення коливання з безперервною амплітудною модуляцією
6.10. Проходження фазоманіпульованого коливання через резонансний ланцюг
6.11. Проходження частотно-маніпульованого коливання через виборчий ланцюг
6.12. Проходження частотно-модульованого коливання через виборчі ланцюги
Глава 7. ПРОХОДЖЕННЯ ВИПАДКОВИХ КОЛИВАННЯ ЧЕРЕЗ ЛІНІЙНІ ЛАНЦЮГИ З ПОСТІЙНИМИ ПАРАМЕТРАМИ
7.1. Перетворення характеристик випадкового процесу
7.2. Характеристики власних шумів у радіоелектронних ланцюгах
7.3. Диференціювання випадкової функції
7.4. Інтегрування випадкової функції
7.5. Нормалізація випадкових процесів у вузькосмугових лінійних ланцюгах
7.6. Розподіл суми гармонійних коливань із випадковими фазами
Глава 8. Нелінійні ланцюги і методи їх аналізу
8.1. Нелінійні елементи
8.2. Апроксимація нелінійних характеристик
8.3. Вплив гармонійних коливань на ланцюги з безінерційними нелінійними елементами
8.4. Нелінійне резонансне посилення
8.5. Збільшення частоти
8.6. Амплітудне обмеження
8.7. Нелінійний ланцюг із фільтрацією постійного струму (випрямлення)
8.8. Амплітудне детектування
8.9. Частотне та фазове детектування
8.10. Перетворення частоти сигналу
8.11. Синхронне детектування
8.12. Отримання амплітудно-модульованих коливань
Глава 9. АВТОГЕНЕРАТОРИ ГАРМОНІЧНИХ КОЛИВАНЬ
9.1. Автоколивальна система
9.2. Виникнення коливання в автогенераторі
9.3. Стаціонарний режим автогенератора Баланс фаз
9.4. М'який та жорсткий режими самозбудження
9.5. Приклади схем автогенераторів
9.6. Нелінійне рівняння автогенератора
9.7. Наближене розв'язання нелінійного рівняння автогенератора
9.8. Автогенератори з внутрішнім зворотним зв'язком
9.9. Автогенератор з лінією затримки в ланцюзі зворотного зв'язку
9.10. Дія гармонійної ЕРС на ланцюзі з позитивним зворотним зв'язком. Регенерація
9.11. Дія гармонійної ЕРС на автогенератор. Захоплення частоти
9.12. Кутова модуляція в автогенераторі
9.13. ЯС-генератори
Глава 10. ЛАНЦЮГИ З ЗМІННИМИ ПАРАМЕТРАМИ
10.1. Загальні характеристикиланцюгів із змінними параметрами
10.2. Проходження коливань через лінійні ланцюги із змінними параметрами. Передатна функція
10.3. Модуляція як параметричний процес
10.4. Визначення імпульсної характеристики параметричного ланцюга
10.5. Енергетичні співвідношення у ланцюгу з нелінійним реактивним елементом при гармонійних коливаннях
10.6. Принцип параметричного посилення коливань
10.7. Схема заміщення ємності чи індуктивності, що змінюються за гармонічним законом
10.8. Одноконтурний параметричний підсилювач
10.9. Двочастотний параметричний підсилювач
10.10. Перетворення частоти за допомогою нелінійного реактивного елемента
10.11. Вільні коливанняу контурі з ємністю, що періодично змінюється
10.12. Параметрічні генератори
Глава 11. ВПЛИВ ВИПАДКОВИХ КОЛИВАНЬ НА НЕЛІНІЙНІ ТА ПАРАМЕТРИЧНІ ЛАНЦЮГИ
11.1. Загальні зауваження
11.2. Перетворення нормального процесу у безінерційних нелінійних ланцюгах
11.3. Перетворення енергетичного спектру у безінерційному нелінійному елементі
11.4. Вплив вузькосмугового шуму на амплітудний детектор
11.5. Спільний вплив гармонійного коливання та нормального шуму на амплітудний детектор
11.6. Спільний вплив гармонійного коливання та нормального шуму на частотний детектор
11.7. Взаємодія гармонійного коливання та нормального шуму в амплітудному обмежувачі з резонансним навантаженням
11.8. Кореляційна функція та енергетичний спектр випадкового процесу у параметричному ланцюгу
11.9. Вплив мультиплікативної перешкоди на закон розподілу сигналу
Глава 12. Узгоджена фільтрація сигналу на тлі перешкод
12.1. Вступні зауваження
12.2. Узгоджена фільтрація заданого сигналу
12.3. Імпульсна характеристикаузгодженого фільтра. Фізична здійсненність
12.4. Сигнал та перешкода на виході узгодженого фільтра
12.5. Приклади побудови узгоджених фільтрів
12.6. Формування сигналу, пов'язаного з заданим фільтром
12.7. Узгоджена фільтрація заданого сигналу при небілому шумі
12.8. Фільтрування сигналу з невідомою початковою фазою
12.9. Узгоджена фільтрація комплексного сигналу
Глава 13. ДИСКРЕТНА ОБРОБКА СИГНАЛІВ. ЦИФРОВІ ФІЛЬТРИ
13.1. Вступні зауваження
13.2. Алгоритм дискретної згортки (у часовій області)
13.3. Дискретні перетворення Фур'є
13.4. Похибка дискретизації сигналів кінцевої тривалості
13.5. Дискретні перетворення Лапласа
13.6. Передатна функція дискретного фільтра
13.7. Передатна функція рекурсивного фільтра
13.8. Застосування методу г-перетворення для аналізу дискретних сигналів та ланцюгів
13.9. z-перетворення тимчасових функцій
13.10. z-перетворення передавальних функцій дискретних ланцюгів
13.11. Приклади аналізу дискретних фільтрів на основі методу z-перетворення
13.12. Перетворення аналога - цифра. Шуми квантування
13.13. Перетворення цифра - аналог та відновлення континуального сигналу
13.14. Швидкодія арифметичного пристрою цифрового фільтра. Шуми округлення
Глава 14. ПРЕДСТАВКА КОЛИВАНЬ ДЕЯКИМИ СПЕЦІАЛЬНИМИ ФУНКЦІЯМИ
14.1. Вступ
14.2. Ортогональні поліноми та функції безперервного типу
14.3. Приклади застосування безперервних функцій
14.4. Визначення функцій Уолша
14.5. Приклади застосування функцій Волша
14.6 Взаємний спектр базисних функцій двох різних ортогональних систем
14.7. Дискретні функції Уолша
Глава 15. ЕЛЕМЕНТУ СИНТЕЗУ ЛІНІЙНИХ РАДІОЦЕПІВ
15.1. Вступні зауваження
15.2. Деякі властивості передавальної функції чотириполюсника
15.3. Зв'язок між амплітудно-частотною та фазочастотною характеристиками чотириполюсника
15.4. Подання чотириполюсника загального виглядукаскадним з'єднанням елементарних чотириполюсників
15.5. Реалізація типової ланки другого порядку
15.6. Реалізація фазокоригувального ланцюга
15.7. Особливості синтезу чотириполюсника за заданою амплітудно-частотною характеристикою
15.8. Синтез фільтру нижніх частот. Фільтр Баттерворга
15.9. Фільтр Чебишева (нижніх частот)
15.10. Синтез різних фільтрів на основі вихідного фільтра нижніх частот
15.11. Чутливість характеристик ланцюга до змін параметрів елементів
15.12. Імітація індуктивності е допомогою активної ДО-ланцюга. Гіратор
15.13. Деякі особливості синтезу цифрових фільтрів
Додаток 1. Сигнал із мінімальним добутком тривалості на смугу частот
Додаток 2. Кореляційна функція сигналу на площині час – частота
Список литературы
Умовні позначення
Предметний покажчик
ПЕРЕДМОВА ДО ТРЕТЬОГО ВИДАННЯ
Загальна спрямованість підручника з курсу «Радіотехнічні ланцюги та сигнали», покладена в основу перших двох видань, збережена і в цьому виданні. Однак книга докорінно перероблена у зв'язку з необхідністю запровадження нових розділів, що відображають сучасний розвиток техніки радіоланцюгів та сигналів.
Широке поширення дискретних і цифрових радіоелектронних систем не дозволяє обмежувати курс РТЦиС рамками тільки аналогових ланцюгів і сигналів.
Розвиток техніки інтегральних мікросхем, заснований на широкому застосуванні методів синтезу ланцюгів, не дозволяє обмежувати курс РТЦіС вивчення лише методів аналізу ланцюгів.
Нарешті, стрімке проникнення статистичних методів у всі галузі радіотехніки та електроніки вимагає більш ґрунтовного вивчення властивостей випадкових сигналів та перетворення їх радіоланцюгів.
У світлі цих вимог і відповідно до новою програмоюкурсу РТЦіС до підручника включено нові розділи: «Основні характеристики випадкових сигналів» (гл. 4), «Проходження випадкових коливань через лінійні ланцюги з постійними параметрами» (гл. 7), «Дискретна обробка сигналів. Цифрові фільтри» (гл. 13), «Подання коливань деякими спеціальними функціями», включаючи функцій Уолша (гл. 14), «Елементи синтезу лінійних радіоланцюгів» (гл. 15). Наново написана гол. 5, присвячена теорії лінійних активних ланцюгів із зворотним зв'язком.
Всі інші розділи попереднього видання зазнали методичної переробки з урахуванням досвіду викладання курсу РТЦіС та численних зауважень, зроблених викладачами радіотехнічних спеціальностей вишів, а також багатьма радіофахівцями.
Загальновизнано, що поряд із засвоєнням необхідних знань першорядне значення має розвиток у студентів навичок до самостійної творчої роботи. Відповідно до рішень XXV з'їзду КПРС про розвиток науково-дослідної роботи у вищих навчальних закладах все ширше практикується залучення студентів до наукової роботи. Тому автор прагнув поєднувати виклад основних відомостей, розрахованих на початкове вивчення та обов'язкових всім студентів радіотехнічної спеціальності, з викладом деяких додаткових, складніших матеріалів, розрахованих на студентів із підвищеною підготовкою. Такі розділи виділено петитом. Незначні скорочення, які можуть знадобитися в залежності від рівня загальнотеоретичної підготовки студентів, неважко здійснити без порушення послідовності та цілісності вивчення цього курсу.
Автор висловлює щиру подяку викладачам кафедри ГРТ Московського енергетичного інституту проф. Федорову Н. Н., доцентам Баскакову С. І., Білоусової І. В., асистенту Богаткіну В. І., доценту Жукову В. П., старшому викладачу Іванової Н. Н., доцентам Карташеву В. Г., Миколаєву А .М., Поллаку Б. П., старшому викладачеві Штикову В. В. за висококваліфіковане і докладне рецензування рукопису цієї книги. Велика кількість критичних зауважень та цінних порад допомогла суттєво покращити виклад усіх розділів підручника.
Неоціненну допомогу у роботі над рукописом надали викладачі, співробітники та аспіранти кафедри радіотехніки МАІ. Всім ним автор висловлює глибоку подяку.
Скачати Гоноровський І. С. Радіотехнічні ланцюги та сигнали. Підручник для вишів. Видання третє перероблене та доповнене. Москва, Видавництво «Радянське радіо», 1977
Міністерством освіти
Республіки Білорусь
· Реєстраційний № ТД-I.008/тип.
·
·
·
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ РАДІОТЕХНІКИ
за спеціальностями 1Радіоінформатика,
СКЛАДНИК:
Доцент кафедри радіотехнічних пристроїв Установи освіти «Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки», кандидат технічних наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТИ:
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
«Теоретичні основи радіотехніки» - це одна з дисциплін, що визначає своїм змістом професійну підготовку інженерів за спеціальністю 1Радіоінформатика, Радіоелектронний захист інформації. Мета дисципліни полягає у вивченні теоретичних основ сучасної радіотехніки, пов'язаних з аналізом радіотехнічних сигналів та пристроїв, використанні отриманих знань як основи щодо наступних радіотехнічних дисциплін.
Дисципліна «Теоретичні основи радіотехніки» передбачає вивчення теорії детермінованих та випадкових радіосигналів, принципів їх отримання та перетворення в радіотехнічних пристроях, методів аналізу лінійних, нелінійних та параметричних ланцюгів, схемної побудови типових пристроїв каналу зв'язку та інших інформаційних систем, питань оптимальної та цифрової. У дисципліні використовуються сучасні математичні методи вирішення задач аналізу радіотехнічних сигналів та ланцюгів. Завдання дисципліни - сформувати такий обсяг теоретичних та фізичних знань, які забезпечать розуміння та подальше вивчення основних проблем синтезу та аналізу складних радіотехнічних систем, оцінки їх якості за різними критеріями.
Типова програма з дисципліни "Теоретичні основи радіотехніки" розрахована на обсяг 170 навчальних годин. Приблизний розподіл навчального годинника за видами занять: лекцій – 102 години, лабораторних та практичних занять – 68 годин.
В результаті вивчення дисципліни студенти мають
знати:
Математичні моделі сигналів, методи опису та аналізу їх властивостей;
Методи аналізу лінійних, нелінійних та параметричних ланцюгів;
Схемна побудова та принципи роботи типових пристроїв радіотехнічного каналу зв'язку;
Основні положення статистичного аналізувипадкових сигналів;
Методи аналізу процесів лінійного та нелінійного перетворень випадкових сигналів;
Елементи теорії оптимальної лінійної фільтрації;
Основи теорії цифрової обробки сигналів;
вміти:
Класифікувати радіотехнічні сигнали та пристрої у системі різних показників;
Вирішувати задачі аналізу сигналів та їх перетворень із застосуванням сучасного математичного апарату та ЕОМ;
Аналізувати процес функціонування радіотехнічних пристроїв у різних режимах;
Синтезувати схеми оптимальних та цифрових фільтрів;
Проводити експериментальний аналіз сигналів та процесів їх обробки з використанням натурного моделювання та моделювання на ЕОМ, оформляти результати експериментів та формулювати відповідні висновки;
набути навички:
Розв'язання задач спектрального та кореляційного аналізу радіотехнічних сигналів;
Застосування ЕОМ для розрахунку спектральних та тимчасових характеристик сигналів та основних параметрів процесу їх перетворень;
Проведення експериментальних досліджень радіотехнічних сигналів та ланцюгів.
Список дисциплін, на яких базується дисципліна «Теоретичні основи радіотехніки»: вища математика, теорія ймовірностей, фізика, основи електротехніки, електронні прилади, основи теорії ланцюгів.
ВСТУП
Тематика дисципліни «Теоретичні засади радіотехніки», необхідність та особливості її вивчення, місце у системі підготовки фахівців з радіоінформатики. Основні завдання радіотехніки та галузі її застосування, тенденції розвитку. Призначення радіотехнічних інформаційних систем, їх структура, класифікація, принципи функціонування Класифікація сигналів. Проблема завадостійкості. Розвиток радіоелектронної промисловості Республіка Білорусь.
Розділ 1. РАДІОТЕХНІЧНІ СИГНАЛИ
Тема 1.1. АНАЛІЗ ДЕТЕРМІНОВАНИХ СИГНАЛІВ
Математичні моделі та основні характеристики детермінованих сигналів. Векторні сигнали подання. Ортогональні сигнали та узагальнений ряд Фур'є. Похибка апроксимації поруч Фур'є.
Поняття спектра сигналу, необхідність його використання. Гармонічний спектральний аналіз та синтез періодичних сигналів. Тригонометричне та комплексне представлення спектра періодичного сигналу. Розподіл потужності у спектрі періодичного сигналу.
Спектральний аналіз неперіодичних сигналів. Основні властивості перетворення Фур'є. Розподіл енергії у спектрі неперіодичного сигналу. Співвідношення між тривалістю сигналу та шириною його спектра. Зв'язок між спектрами періодичного та неперіодичного сигналів. Спектри випробувальних сигналів: сигналів, що описуються функцією дельта і одиничною функцією, гармонійного сигналу.
Кореляційний аналіз детермінованих сигналів. Зв'язок між кореляційною та спектральною характеристиками сигналу. Дискретизація та відновлення сигналів з теореми відліків (теореми Котельникова). Ряд Котельникова. Принципи тимчасового ущільнення каналів зв'язку.
Тема 1.2. МОДУЛОВАНІ СИГНАЛИ
Необхідність застосування модульованих коливань. Види модуляції. Сигнали із амплітудною модуляцією. Векторне представлення та спектри сигналів з амплітудною модуляцією. Енергетичні співвідношення. Балансна та односмугова амплітудні модуляції.
Кутова модуляція. Сигнали з частотною (ЧМ) та фазовою (ФМ) модуляціями. Векторне представлення та спектри сигналів з ЧС та ФМ. Енергетичні співвідношення. Порівняльний аналіз амплітудної, частотної та фазової модуляцій. Радіоімпульс з частотною модуляцією, його властивості та основні характеристики.
Сигнали з імпульсною, амплітудно-імпульсною та імпульсно-кодовою (цифровою) модуляціями. Методи модуляції, що використовуються передачі дискретних даних каналами зв'язку обчислювальних мереж.
Узагальнене подання модульованих коливань як вузькосмугових сигналів. Огинальна, частота та фаза вузькосмугового сигналу. Аналітичний сигнал та його властивості.
Розділ 2. ПЕРЕТВОРЕННЯ СИГНАЛІВ У ЛІНІЙНИХ РАДІОТЕХНІЧНИХ ЛАНЦЮГІВ
Тема 2.1. ЛІНІЙНІ РАДІОТЕХНІЧНІ ЛАНЦЮГИ З ПОСТІЙНИМИ ПАРАМЕТРАМИ
Класифікація лінійних кіл. Основні властивості та характеристики лінійних ланцюгів, методи їх розрахунку та способи експериментального визначення. Пристрої диференціювання та інтегрування сигналів, їх характеристики. Фільтри. Активні лінійні ланцюги. Підсилювальні пристрої, класифікація та принцип роботи.
Лінійні радіотехнічні ланцюги із зворотним зв'язком. Вплив зворотного зв'язку характеристики пристроїв. Стійкість лінійних ланцюгів із зворотним зв'язком. Критерії стійкості Гурвіца, Найквіста, Михайлова.
Тема 2.2. ПРОХОДЖЕННЯ ДЕТЕРМІНОВАНИХ СИГНАЛІВ ЧЕРЕЗ ЛІНІЙНІ ЛАНЦЮГИ
Постановка задачі та методи аналізу лінійних ланцюгів. Тимчасовий та спектральний методи аналізу, їх порівняльна характеристика. Проходження сигналів через диференціюючу та інтегруючу ланцюга.
Особливості аналізу проходження широкосмугових та вузькосмугових сигналів через вузькосмугові ланцюги. Спрощений спектральний метод. Спрощений часовий метод (метод огинаючої). Аналіз проходження сигналів з амплітудною та частотною модуляціями через резонансний підсилювач.
Розділ 3. ПЕРЕТВОРЕННЯ СИГНАЛІВ У НЕЛІНІЙНИХ І ПАРАМЕТРИЧНИХ РАДІОТЕХНІЧНИХ ЛАНЦЮГІВ
Тема 3.1. НЕЛІНІЙНІ РАДІОТЕХНІЧНІ ЛАНЦЮГИ І МЕТОДИ ЇХ АНАЛІЗУ
Нелінійні радіотехнічні ланцюги, їх властивості та основні характеристики. Методи апроксимації характеристик нелінійних елементів. Перетворення спектра сигналу в ланцюзі з нелінійним елементом при статечній та шматково-лінійній апроксимації характеристик. Метод кута відсічення.
Метод фазової площини. Фазові траєкторії, спеціальні точки, ізокліни, граничні цикли. Аналіз нелінійних пристроїв шляхом фазової площини.
Тема 3.2. НЕЛІНІЙНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ СИГНАЛІВ
Нелінійне резонансне посилення сигналів, режими роботи та параметри підсилювачів. Збільшення частоти. Синтез ідеального помножувача частоти. Резонансні та параметричні помножувачі частоти.
Отримання амплітудно-модульованих коливань. Амплітудні модулятори на основі резонансних підсилювачів та аналогових перемножувачів напруг. Балансний модулятор. Випрямлення коливань. Принципи побудови та функціонування випрямлячів. Детектування сигналів із амплітудною модуляцією. Лінійний та квадратичний детектори. Синхронне детектування.
Отримання сигналів із кутовою модуляцією. Частотні та фазові модулятори. Принцип роботи цифрового модулятора. Детектування сигналів із кутовою модуляцією. Частотне та фазове детектування.
Перетворення частоти. Балансні перетворювачі частоти.
Принципи побудови модуляторів та демодуляторів (модемів), що використовуються у каналах зв'язку обчислювальних мереж.
Тема 3.3. АВТОКОЛЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ
Структурна схемаавтогенератора. Необхідність позитивного зворотного зв'язку. Виникнення коливань та стаціонарний режим роботи автогенератора. Баланс амплітуд та баланс фаз. "М'який" та "жорсткий" режими самозбудження. Квазилінійний метод аналізу стаціонарного режиму. Визначення амплітуди та частоти генерованих коливань у стаціонарному режимі.
Схеми автогенераторів. LC та RC автогенератори. Триточкові автогенератори з індуктивним та ємнісним зв'язками. Автогенератори на приладах із негативним диференціальним опором. Стабілізація частоти у автогенераторах.
Релаксаційні автогенератори. Мультивібратори, одновібратори.
Тема 3.4. ПАРАМЕТРИЧНІ ПРИСТРОЇ
Особливості та різновиди параметричних ланцюгів. Енергетичні співвідношення в ланцюзі з нелінійною ємністю. Рівняння Менлі-Роу.
Диференціальне рівняння ланцюга із змінною ємністю. Рівняння Матьє. Посилення сигналів у параметричних ланцюгах. Одноконтурний та двоконтурний параметричні підсилювачі. Параметричне збудження коливань. Ємнісний та індуктивний параметрони.
Розділ 4. ПЕРЕТВОРЕННЯ ВИПАДКОВИХ СИГНАЛІВ
Тема 4.1. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИПАДКОВИХ СИГНАЛІВ
Випадкові сигнали та перешкоди в системах зв'язку та управління. Імовірно-статистичний підхід до опису фізичних явищ у радіотехніці. Випадковий процес, як модель випадкового сигналу. Одновимірні та багатовимірні закони розподілу ймовірностей випадкових процесів. Числові характеристики. Кореляційна функція як міра статистичних зв'язків. Концепція статистичної залежності випадкових процесів.
Стаціонарні та нестаціонарні випадкові процеси. Ергодичні випадкові процеси. Статистичні характеристики стаціонарних та ергодичних випадкових процесів.
Спектральна густина потужності випадкового сигналу. Теорема Вінера-Хінчина. Співвідношення між шириною спектра та інтервалом кореляції. Деякі моделі випадкових сигналів: нормальний (гаусівський) шум, білий шум, випадковий вузькосмуговий процес, їх ймовірнісні характеристики.
Тема 4.2. ЛІНІЙНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ВИПАДКОВИХ СИГНАЛІВ
Постановка задач аналізу лінійних ланцюгів при впливі випадкових сигналів. Спектральна щільність потужності та кореляційна функція випадкового сигналу на виході лінійного кола. Числові характеристики. Визначення законів розподілу випадкових сигналів на виході лінійного кола. Ефект нормалізації випадкових сигналів у вузькосмугових ланцюгах.
Характеристики власних шумів лінійних кіл. Диференціювання та інтегрування випадкових процесів.
Тема 4.3. НЕЛІНІЙНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ВИПАДКОВИХ СИГНАЛІВ
Постановка задач аналізу нелінійних ланцюгів при впливі випадкових сигналів. Методи визначення законів розподілу ймовірностей випадкових сигналів на виході нелінійного безінерційного ланцюга. Спектральна щільність потужності та кореляційна функція вихідного сигналу. Визначення числових показників.
Перетворення сигналу та шуму у приймальному тракті. Характеристики огинаючої та фази вузькосмугового випадкового процесу. Вплив вузькосмугового нормального шуму на лінійний та квадратичний амплітудні детектори. Спільний вплив гармонійного коливання та нормального шуму на амплітудний детектор. Перешкодостійкість амплітудних детекторів. Вплив сигналу та нормального шуму на частотний детектор.
Тема 4.4. ПРИНЦИПИ ОПТИМАЛЬНОЇ ЛІНІЙНОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ
Постановка задачі оптимальної лінійної фільтрації сигналів на фоні перешкод. Коефіцієнт передачі узгодженого фільтра та відношення сигналу до шуму на його виході. Імпульсна характеристика узгодженого фільтра. Фізична здійсненність. Сигнал та перешкода на виході узгодженого фільтра. Синтез узгоджених фільтрів деяких типових сигналів. Формування сигналу, пов'язаного із заданим фільтром. Узгоджена фільтрація заданого сигналу при "небілому" шумі.
Сутність кореляційного прийому. Структурна схема кореляційного приймача. Квазіоптимальні фільтри.
Розділ 5. ЦИФРОВА ОБРОБКА СИГНАЛІВ
Тема 5.1. ПРИНЦИПИ ДИСКРЕТНОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ
Проблеми цифрового оброблення сигналів. Загальна структурацифровий фільтр. Діапазон дискретизованого сигналу. Дискретне перетворенняФур'є. Швидке перетворення Фур'є. Загальні відомостіпро дискретне z - перетворення. Дискретна згортка сигналів.
Тема 5.2. ЦИФРОВІ ФІЛЬТРИ
Принцип дії цифрового фільтра Передатна функція цифрового фільтра. Нерекурсивні та рекурсивні цифрові фільтри. Канонічні схеми рекурсивних фільтрів Методи синтезу цифрових фільтрів.
ПРИКЛАДНИЙ ПЕРЕЛІК ТИМ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТТІВ
1. Спектральний аналіз періодичних сигналів.
2. Спектральний аналіз неперіодичних сигналів.
3. Кореляційний аналіз сигналів.
4. Дискретизація та відновлення сигналів по теоремі відліків (теоремі Котельникова).
5. Проходження сигналів через лінійні пристрої.
6. Нелінійні перетворення сигналів.
7. Розрахунок параметрів амплітудно-модульованих коливань.
8. Розрахунок параметрів сигналів із частотною та фазовою модуляціями.
9. Розрахунок амплітуди та частоти коливань, що формуються автогенераторами.
10. Розрахунок показників параметричних підсилювачів.
11. Розрахунок числових характеристик стаціонарних та ергодичних випадкових сигналів.
12. Лінійні перетворення випадкових сигналів.
13. Нелінійні перетворення випадкових сигналів.
14. Синтез узгоджених фільтрів для різних сигналів.
15. Синтез цифрових фільтрів.
ПРИКЛАДНИЙ ПЕРЕЛІК ТИМ ЛАБОРАТОРНИХ РОБОТ
1. Дослідження спектрів періодичних та неперіодичних сигналів.
2. Дослідження спектрів сигналів з амплітудною, частотною та фазовою модуляціями.
3. Кореляційний аналіз детермінованих сигналів.
4. Дослідження процесів дискретизації сигналів за теоремою відліків.
5. Дослідження проходження сигналів через лінійні пристрої.
6. Дослідження проходження сигналів через нелінійні пристрої.
7. Дослідження процесів амплітудної модуляції.
8. Дослідження процесів випрямлення та детектування АМ коливань.
9. Дослідження генераторів гармонійних коливань.
10. Дослідження законів розподілу випадкових сигналів.
11. Дослідження проходження випадкових сигналів через лінійні пристрої.
12. Дослідження проходження випадкових сигналів через нелінійні пристрої.
13. Кореляційний аналіз випадкових сигналів.
14. Синтез та дослідження цифрових фільтрів.
ПРИКЛАДНИЙ ПЕРЕЛІК ТИМ КУРСОВИХ РОБОТ
1. Розрахунок проходження сигналів складної форми через лінійні кола спектральним методом.
2. Розрахунок проходження сигналів складної форми через лінійні ланцюги тимчасовим способом.
3. Розрахунок тимчасових та спектральних характеристик сигналів на виході нелінійних пристроїв.
4. Розрахунок статистичних параметрів випадкових сигналів на виході лінійного пристрою.
5. Розрахунок статистичних показників випадкових сигналів на виході нелінійного пристрою.
ЛІТЕРАТУРА
ОСНОВНА
1. Нефедов радіоелектроніки та зв'язку: Підручник для вузів. - М: Вища школа, 2002.
2. Гоноровський ланцюги та сигнали: Підручник для вузів. - М: Радіо і зв'язок, 1986.
3. , Ушаков основи радіотехніки: Навчальний посібникдля вузів. - М: Вища школа, 2002.
4. Баскаків ланцюги та сигнали: Підручник для вузів. - М: Вища школа, 2000.
5. Радіотехнічні ланцюги та сигнали. , та ін / Под ред. - Радіо та зв'язок, 1990.
ДОДАТКОВА
1. Манаєв радіоелектроніки. - М: Радіо і зв'язок, 1990.
2. Хеммінг фільтри: Пер. з англ. М:. Рад. радіо. 1980.
3. Каяцкас радіоелектроніки. - М:. Вища школа, 1988р.
4. , Нефьодов. - М.: МИРЕА, 1997.
5. Левін основи статистичної радіотехніки. - М: Радіо і зв'язок, 1989.
6. Прокінс Дж. Цифровий зв'язок. - М: Радіо і зв'язок, 1999.
7. Бітус ланцюга та сигнали. Частина 1 і 3. - Мн.: БДУІР, 1999.
8. Радіотехнічні ланцюги та сигнали. Приклади та завдання: Навчальний посібник для вузів. / За ред. - М: Радіо та зв'язок, 1989 .
9. Баскаків ланцюги і сигнали: Посібник для вирішення завдань: Навчальний посібник для вузів. – М: Вища школа, 2002.
Під час проведення лекцій в аудиторіях, обладнаних системою навчального ТБ, забезпечується їх комп'ютерний супровід. Лабораторні та практичні заняття проводяться у комп'ютерних класах з використанням персональних ЕОМ. Для цього є відповідне програмне забезпечення, створене співробітниками БДУІР, та пакети прикладних програмтипу Mathcad, Matlab та ін.
ЗАТВЕРДЖЕНА
Міністерством освіти
Республіки Білорусь
16.01.2006
Реєстраційний № ТД-I.009/тип.
ЕЛЕКТРОННІ, надвисокочастотні
І КВАНТОВІПРИЛАДИ
Навчальна програма для вищих навчальних закладів
за спеціальностями 1 – Радіотехніка, 1 – Радіоелектронні системи, 1 – Радіоінформатика, 1 – Радіоелектронний захист інформації
СКЛАДНИКИ:
, завідувач кафедри електроніки Установи освіти «Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки», кандидат технічних наук;
,
, старший викладач кафедри електроніки Установи освіти «Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки»;
, доцент кафедри електроніки Установи освіти «Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки», кандидат технічних наук;
, доцент кафедри електроніки Установи освіти «Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки», кандидат технічних наук;
За загальною редакцією:
РЕЦЕНЗЕНТИ:
Кафедра електронікиВійськової Академії Республіки Білорусь (протокол від 01.01.2001);
, начальник відділу науково-дослідний приладобудівний інститут», кандидат технічних наук
Кафедрою електроніки Установи освіти «Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки» (протокол від 01.01.2001);
Науково-методичною радою Установи освіти «Білоруський державний університет інформатики та радіоелектроніки» (протокол від 01.01.2001)
ПОГОДЖЕНО:
Головою Навчально-методичним об'єднанням ВНЗ Республіки Білорусь за освітою у галузі інформатики та радіоелектроніки;
Начальником Управління вищої та середньої спеціальної освіти Міністерства освіти Республіки Білорусь;
Першим проректором Державною установоюосвіти «Республіканський інститут вищої школи»
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
Типова програма «Електронні, надвисокочастотні та квантові прилади» розроблена для спеціальностей 1 – Радіотехніка, 1 – Радіоелектронні системи, 1 – Радіоінформатика, 1 – Радіоелектронний захист інформації вищих навчальних закладів і забезпечує базову підготовку студентів, необхідну для успішного вивчення. та дослідницьких завдань відповідно до освітніх стандартів. Метою вивчення дисципліни є підготовка студентів до вирішення завдань, пов'язаних із раціональним вибором електронних приладів, їх режимів роботи та схем включення у різних пристроях.
Вивчення дисципліни «Електронні, надвисокочастотні та квантові прилади» має спиратися на зміст таких дисциплін: «Вища математика» (диференціальне та інтегральне обчислення, диференціальні рівняння, функції комплексної змінної); «Фізика» (електрика, магнетизм, електромагнітні хвилі, квантова фізика, фізика твердого тіла), «Електротехніка» (теорія лінійних та нелінійних електричних кіл).
Програма складена відповідно до вимог освітніх стандартів та розрахована на обсяг 86 навчальних годин. Приблизний розподіл навчального годинника за видами занять: лекцій – 52 години, лабораторних занять – 34 години.
В результаті вивчення курсу «Електронні, надвисокочастотні та квантові прилади» студент має:
знати:
– фізичні основи явищ, принципи дії, пристрій, параметри, характеристики електронних, надвисокочастотних та квантових приладів та елементів мікроелектроніки та їх різних моделей, що використовуються при аналізі та синтезі радіо електронних пристроїв;
– сучасний стан та перспективи розвитку електронних, надвисокочастотних та квантових приладів;
вміти:
– використовувати отримані знання для правильного виборуелектронного приладу та завдання його робочого режиму постійному струму;
- Знаходити параметри приладів за їх характеристиками;
– визначати вплив режимів та умов експлуатації на параметри приладів;
придбати навички роботи:
– з електронними приладами та апаратурою, що використовується для дослідження характеристик та вимірювання параметрів приладів;
Розділ 1. ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ
ВСТУП
Визначення терміна "Електронні прилади". Класифікація електронних приладів за характером робочого середовища (вакуум, розріджений газ, тверде тіло), принципом дії та діапазоном робочих частот. Основні властивості та особливості електронних приладів.
Короткий історичний нарис розвитку вітчизняної та зарубіжної електронної техніки. Роль електронних приладів у радіоелектроніці, телекомунікаційних системах, обчислювальних комплексах та інших галузях науки та техніки. Значення курсу як однієї з базових дисциплін з радіотехнічних спеціальностей.
Тема 1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ НАПІВПРОВІДНИКОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ
Властивості напівпровідників. Основні матеріали напівпровідникової електроніки (кремній, германій, арсенід галію, нітрид галію), їх основні електрофізичні параметри. Процеси утворення вільних носіїв заряду.
Концентрація вільних носіїв у власному та домішковому напівпровідниках, її залежність від температури. Час життя та дифузійна довжина носіїв. Рівень Фермі, його залежність від температури та концентрації домішок.
Кінетичні процеси у напівпровідниках. Тепловий рух та його середня швидкість. Дрейфовий рух, рухливість носіїв заряду та її залежність від температури та концентрації домішок. Щільність дрейфового струму, питома провідність напівпровідників та її залежність від температури та концентрації домішок. Рух носіїв у потужних електричних полях, залежність дрейфової швидкості від напруженості електричного поля. Дифузійний рух носіїв, коефіцієнт дифузії, густина дифузійного струму. Співвідношення Ейнштейна. Поява електричного поля у напівпровіднику при нерівномірному розподілі домішок.
Фізичні процеси біля поверхні напівпровідника. Поверхневий енергетичний стан, особливості руху носіїв поблизу поверхні, поверхнева рекомбінація. Напівпровідник у зовнішньому електричному полі, довжина екранування. Збіднений, збагачений та інверсійний шари.
Контактні явища у напівпровідниках. Фізичні процеси в електронно-дірковому переході. Освіта збідненого шару, умова рівноваги. Рівняння Пуассона. Енергетична діаграма, розподіл потенціалу, напруженості електричного поля та об'ємного заряду у переході. Висота потенційного бар'єру та ширина переходу.
Електронно-дірковий перехід при подачі зовнішньої напруги. Інжекція та екстракція носіїв заряду. Особливості несиметричного переходу.
Вольт-амперна характеристика (ВАХ) ідеалізованого електронно-діркового переходу. Розподіл нерівноважних носіїв. Тепловий струм, його залежність від ширини забороненої зони, концентрації домішок та температури. Математична модель та параметри ідеалізованого p-n-переходу: статичний та диференційний опір, бар'єрна та дифузійна ємності переходу, їх залежність від прикладеної напруги. Пробій p-n-переходу. Види пробою.
Контакт метал-напівпровідник. Випрямляючий та невипрямляючий (омічний) контакти.
Гетеропереходи. Енергетичні діаграми. Особливості фізичних процесів. Особливості ВАХ.
Тема 2. НАПІВПРОВІДНИКІ ДІОДИ
Класифікація напівпровідникових діодів за технологією виготовлення, потужністю, частотою та функціональним застосуванням: випрямні, стабілітрони, варикапи, імпульсні діоди, діоди з накопиченням заряду, діоди Шотки, тунельні та обернені діоди. Принцип роботи, параметри, параметри, схеми включення. Система позначення напівпровідникових діодів. Вплив температури на ВАХ.
Тема 3. Біполярні транзистори
Влаштування біполярного транзистора (БТ). Схеми включення. Основні режими: активний, відсічення, насичення, інверсний. Принцип дії транзистора: фізичні процеси в емітерному переході, базі та колекторному переході; розподіл неосновних носіїв в основі при різних режимах. Ефект модуляції ширини основи. Струми в транзисторі; коефіцієнти передачі струму у схемах із загальною базою (ПРО) та загальним емітером (ОЕ).
Фізичні параметри транзистора: коефіцієнт передачі струму, диференціальні опори та ємності переходів, об'ємні опори областей.
Статичні показники транзистора. Модель ідеалізованого транзистора (модель Еберса-Молла). Характеристики реального транзистора у схемах з ПРО та ОЕ. Вплив температури на характеристики транзистора.
Транзистор як лінійний чотириполюсник. Концепція малого сигналу. Системи Z-, Y-, H - параметрів та схеми заміщення транзистора. Зв'язок H-параметрів з фізичними параметрамитранзистора. Визначення H-параметрів за статичними характеристиками. Залежність H-параметрів від режиму роботи та температури. Т- та П-подібні еквівалентні схеми транзисторів.
Робота транзистора із навантаженням. Побудова навантажувальної прямої. Принцип посилення.
Особливості роботи транзистора на високих частотах. Фізичні процеси, що визначають частотні характеристики транзистора. Гранична та гранична частоти, еквівалентна схема транзистора на високих частотах. Методи підвищення робочої частоти БТ.
Робота транзистора у імпульсному режимі. Фізичні процеси накопичення та розсмоктування носіїв заряду. Імпульсні параметри транзистора.
Різновиди та перспективи розвитку БТ.
Тема 4. ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ
Польовий транзистор (ПТ) з керуючим p-n-переходом. Пристрій, схеми включення. Принцип дії, фізичні процеси, вплив напруги електродів на ширину p-n-переходу і форму каналу. Статичні характеристики, області відсічення, насичення та пробою p-n-переходу.
ПТ із бар'єром Шотки. Пристрій, принцип дії. Характеристики та параметри.
ПТ із ізольованим затвором. МДП-транзистори з вбудованим та індукованим каналами. Пристрій, схеми включення. Режими збіднення та збагачення в транзисторі з вбудованим каналом та його статичні характеристики.
ПТ як лінійний чотириполюсник. Система у-параметрів польових транзисторівта їх зв'язок із фізичними параметрами. Вплив температури на характеристики та параметри ПТ.
Робота ПТ на високих частотах та в імпульсному режимі. Чинники, що визначають частотні властивості. Гранична частота. Еквівалентна схема на високих частотах. Області застосування ПТ. Порівняння польових та біполярних транзисторів. Перспективи розвитку та застосування ПТ.
Тема 5. ПЕРЕКЛЮЧНІ ПРИЛАДИ
Пристрій, принцип дії, ВАХ, різновиди тиристорів, діодні тиристори, тріодні тиристори, симістори, сфери застосування. Параметри та система позначення перемикаючих приладів.
· Тема 6. ЕЛЕМЕНТИ ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМ
Загальні відомості про мікроелектроніку. Класифікація компонентів електронної апаратури та елементів гібридних мікросхем. Пасивні дискретні компоненти електронних пристроїв (резистори, конденсатори, індуктивність). Призначення, фізичні засади роботи, параметри, системи позначення. Пасивні елементи інтегральних мікросхем: резистори, конденсатори. Біполярні транзистори в інтегральному виконанні, транзистори з бар'єром Шотки, багатоемітерні транзистори. Діоди напівпровідникових ІМС. Біполярні транзистори з інжекційним харчуванням. Напівпровідникові прилади з зарядовим зв'язком(ПЗЗ). Застосування ПЗЗ. Параметри елементів ПЗЗ.
· Тема 7. КОМПОНЕНТИ ОПТОЕЛЕКТРОНІКИ
Визначення оптичного діапазону електромагнітних коливань. Класифікація оптоелектронних напівпровідникових пристроїв. Електролюмінесценція. Основні типи напівпровідникових випромінювачів: некогерентні та когерентні напівпровідникові випромінювачі. Світлодіоди, пристрій, принцип дії, характеристики, параметри. Основні матеріали для виготовлення світлодіодів. Досягнення у створенні світлодіодів.
Напівпровідникові приймачі випромінювання: фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори, фототиристори. Принцип роботи, параметри, характеристики.
Пристрій оптронів, основні типи оптронів: резисторні, діодні, транзисторні та тиристорні. Класифікація, принцип дії, вхідні та вихідні параметри оптронів.
Тема 10. ЕЛЕКТРОННО-КЕРУВАНІ ЛАМПИ
Електронна емісія. Види емісії. Катоди електровакуумних приладів, основні типи катодів. Проходження струму у вакуумі, струм перенесення, струм усунення, повний струм. Концепція наведеного струму.
Вакуумний діод. Принцип дії. Поняття про об'ємний заряд. Режим насичення та режим обмеження струму об'ємним зарядом. Ідеалізована та реальна анодні характеристики діода. Статичні параметри. Основні типи діодів, сфери застосування.
Триелектродна лампа. Пристрій, роль сітки у тріоді. Поняття про діючу напругу та проникність сітки. Струморозподіл у тріоді. Статичні показники тріода. Статичні параметри та визначення їх за характеристиками. Міжелектродні ємності. Режим роботи тріода з навантаженням, характеристики, параметри режиму роботи з навантаженням.
Тетроди та пентоди. Роль сіток. Діюча напруга. Струморозподіл. Статичні характеристики та параметри багатоелектродних ламп; міжелектродні ємності. Еквівалентні схеми електронних ламп на низьких та високих частотах.
Потужні генераторні та модуляторні лампи.
Особливості роботи електронних ламп зі статичним керуванням електронним потоком у діапазоні надвисоких частот (НВЧ). Концепція повного струму. Вплив інерційних властивостей електронного потоку працювати електронних ламп. Вплив на параметри ламп діапазону НВЧ міжелектродних ємностей та індуктивності висновків. Особливості конструкції електронних ламп діапазону НВЧ. Потужні електронні лампи НВЧ діапазону. Області застосування електронних ламп діапазону НВЧ.
Тема 11. ПРИЛАДИ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ
Класифікація приладів для відображення інформації.
Типи електронно-променевих пристроїв. Пристрій та принцип дії електронно-променевих приладів. Елементи електронної оптики. Системи фокусування та відхилення в електронно-променевих трубках. Типи електронно-променевих трубок. Установки екранів.
Типи електронно-променевих трубок: осцилографічні, трубки індикаторних пристроїв, кінескопи, трубки дисплеїв, трубки, що запам'ятовують.
Напівпровідникові індикатори.
Рідкокристалічні індикатори. Основні параметри, що характеризують рідкі кристали. Пристрій РКІ в проходить і відбитому світлі. Можливість відображення кольору в РКІ. РК монітори, пристрій та їх основні параметри.
Вакуумні індикатори (ЗПІ), вакуумні люмінесцентні індикатори (ВЛІ): однорозрядні, багаторозрядні, сегментні ВЛІ, електролюмінесцентні індикатори (ЕЛІ): пристрій і принцип дії.
Газорозрядні індикатори (ГРІ). Основні положення теорії тліючого розряду з холодним катодом. Дискретні газорозрядні індикатори. Типи та основні параметри ГРІ. Пристрій та принцип дії газорозрядних індикаторних панелей.
Завантаження...