Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634620)
Контекстум
.

Устройства генерирования, формирования, приема и обработки сигналов (500,00 руб.)

0   0
Первый авторГоловин О. В.
ИздательствоМ.: Горячая линия – Телеком
Страниц783
ID202811
АннотацияРассматриваются назначения, функции, свойства, основополагающие схемы радиоприемников и радиопередатчиков, представления о физических процессах, происходящих в них. Изложены принципы построения, схемотехнические решения и главные количественные соотношения устройств, являющиеся в основном общими как для радиопередатчиков, так и для радиоприемников. К таким устройствам, достаточно подробно рассмотренных в девяти разделах книги, относятся: усилители, генераторы, синтезаторы частот, преобразователи частоты, малошумящие усилители, модуляторы, детекторы. Помимо этого рассмотрены особенности построения, принципы действия и структурные схемы в целом радиоприемников и радиопередатчиков, применяемых в различных радиоэлектронных системах.
Кем рекомендованоУМО по образованию в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальностям "Средства связи с подвижными объектами" и "Радиосвязь, радиовещание и телевидение"
Кому рекомендованоДля студентов вузов и факультетов телекоммуникаций, бакалавров и магистров связи, будет полезна студентам радиотехнических специальностей, а также специалистам в области разработки и эксплуатации радиотехнических устройств.
ISBN978-5-9912-0196-4
УДК621.396.6
ББК32.84
Головин, О.В. Устройства генерирования, формирования, приема и обработки сигналов : учеб. пособие / О.В. Головин .— Москва : Горячая линия – Телеком, 2012 .— 783 с. : ил. — ISBN 978-5-9912-0196-4 .— URL: https://rucont.ru/efd/202811 (дата обращения: 19.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

К таким устройствам, достаточно подробно рассмотренных в девяти разделах книги, относятся: усилители, генераторы, синтезаторы частот, преобразователи частоты, малошумящие усилители, модуляторы, детекторы. <...> При работе над рукописью книги был учтен многолетний опыт преподавания на кафедрах радиоприемных и радиопередающих устройств Московского Технического Университета Связи и Информатики. <...> Здесь 1 – источник сообщения, 2 – преобразователь сообщения (ПС) в сигнал и цепи связи этого преобразователя с радиооборудованием устройства ПС, 3 – радиопередатчик, 4, 6 – антенна, 5 – пространство распространения радиоволн, 7 – радиоприемник, 8 – цепи связи радиоприемного устройства с последующими цепями и устройствами и преобразователь сигнала в сообщение, воспроизводящее устройство, 9 – получатель сообщения. <...> Модуляция может осуществляться в одном из каскадов усиления РЧ колебания, в ряде передатчиков модулирующий сигнал воздействует непосредственно на автогенератор. <...> Назначение радиоприемного устройства (далее РПУ) – обеспечить воспроизведение передаваемого сообщения при воздействии на него радиоволн, поступающих от радиопередающего устройства. <...> Сообщение воспроизводится в РПУ на основе той информации, которая заключена в модулированном колебании. <...> Поэтому в РПУ необходимо осуществить преобразование принятого колебания. <...> Современное РПУ должно обеспечить прием нужного сигнала на фоне колебаний от всевозможных посторонних источников, называемых помехами. <...> При этом мощность помех, действующих на РПУ, может превышать мощность требуемого сигнала в миллионы раз, что затрудняет его прием. <...> При этом усиление полезного сигнала в радиотракте должно обеспечиваться по возможности без его искажений; иначе говоря, радиотракт приемника должен быть линейным устройством. <...> Основные функции радиоприемного устройства: улавливание радиоволн; их преобразование, включающее фильтрацию от помех, усиление и детектирование <...>
Устройства_генерирования,_формирования,_приема_и_обработки_сигналов.pdf
Стр.1
Устройства_генерирования,_формирования,_приема_и_обработки_сигналов_(1).pdf
Стр.1
УДК 621.396.6 ББК 32.84 Г61 Головин О. В. Г61 Устройства генерирования, формирования, приема и обработки сигналов. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2012. – 783 с., ил. ISBN 978-5-9912-0196-4. Рассматриваются назначения, функции, свойства, основополагающие схемы радиоприемников и радиопередатчиков, представления о физических процессах, происходящих в них. Изложены принципы построения, схемотехнические решения и главные количественные соотношения устройств, являющиеся в основном общими как для радиопередатчиков, так и для радиоприемников. К таким устройствам, достаточно подробно рассмотренных в девяти разделах книги, относятся: усилители, генераторы, синтезаторы частот, преобразователи частоты, малошумящие усилители, модуляторы, детекторы. Помимо этого рассмотрены особенности построения, принципы действия и структурные схемы в целом радиоприемников и радиопередатчиков, применяемых в различных радиоэлектронных системах. Для студентов вузов и факультетов телекоммуникаций, бакалавров и магистров связи, будет полезна студентам радиотехнических специальностей, а также специалистам в области разработки и эксплуатации радиотехнических устройств. ББК 32.84 Адрес издательства в Интернете WWW.TECHBOOK.RU Учебное издание Головин Олег Валентинович УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Компьютерная верстка И. Н. Алексеевой Обложка художника В. Г. Ситникова Подписано в печать 21.09.2011. Печать офсетная. Формат 70×100/16. Уч.-изд. л. 59,7. Тираж 500 экз. ISBN 978-5-9912-0196-4 © О.В. Головин, 2012 © Издательство «Горячая линия – Телеком», 2012
Стр.2
Предисловие Каналом радиосвязи называют совокупность технических средств и среды распространения (открытого пространства), в которой сигналы, отображающие передаваемую информацию, распространяются от ее источника к ее получателю. Сигналы от источника сообщения в системах радиосвязи и радиовещания вначале преобразуются в канале связи в электрический сигнал, изменяющийся соответственно этому сообщению, который управляет радиочастотными колебаниями. Эти колебания, называемые модулированными, несущие передаваемое сообщение, преобразуются в радиоволны и излучаются антенной в пространство. Формирование модулированного радиочастотного колебания подлежащего излучению, осуществляются в радиопередатчике. Для формирования этого колебания необходимо в радиопередатчике сформировать радиочастотное колебание несущей частоты, осуществить модуляцию этого колебания электрическим сигналом, отображающим передаваемое сообщение и для обеспечения необходимой выходной мощности, осуществить его усиление. Тогда, основные функции, возлагаемые на радиопередатчик – это генерирование несущего радиоколебания, его модуляция и усиление. Воспроизведение передаваемого сообщения осуществляется в устройстве воспроизведения радиоприемника, при воздействии на его антенну радиоволн, поступающих от антенны радиопередатчика. Радиоприемник осуществляет преобразование модулированных радиочастотных колебаний в электрический сигнал, отображающий переданное сообщение. При этом необходимо учитывать, что радиоприемник должен обеспечивать прием требуемого сигнала на фоне колебаний от всевозможных помех. Таким образом, в радиоприемнике необходимо обеспечить преобразование улавленного антенной сигнала, его фильтрацию от помех, усиление и детектирование. Все это говорит о том, что в радиопередатчике и радиоприемнике много общих функций, таких как усиление, генерирование колебаний, фильтрация, преобразование частоты и т. д. В данной книге рассматриваются устройства, являющиеся, в основном, общими как для радиопередатчиков, так и для радиоприемников, что полезно при проектировании, оптимизации и рассмотрении работы канала связи в целом; помимо этого анализируются специфические устройства, характерные для работы либо радиопередатчика, либо радиоприемника. В книге выделены девять разделов: в первом рассмотрена классификация радиоволн, предусматривающая разделение полного их диапазона на девять частных, особенности радиоканалов, функциональные схемы радиопередающих и радиоприемных устройств; во втором – принципы работы, схемы и методика анализа усилителей, физические процессы, происходящие при усилении гармонических и импульсных сигналов; в третьем – теория и схемы построения генераторов различных диапазонов радиоволн, методы синтеза и схемы синтезаторов частот; в четвертом и пятом – анализируются основы теории, схемотехника и методы расчета преобразователей частоты и малошумящих усили
Стр.3
4 Предисловие телей, в шестом и седьмом – свойства, физические процессы, теоретические основы анализа и структурные схемы модуляторов и детекторов различных видов сигналов, в восьмом и девятом разделах рассмотрены особенности построения, принципы действия и схемы в целом радиоприемников и радиопередатчиков, применяемых в различных радиоэлектронных системах. В этих разделах проанализированы также способы регулировок основных параметров, вопросы помехоустойчивости, применение микропроцессоров для контроля и управления работой радиоприемников и радиопередатчиков. Для обобщения основных положений материала, рассмотренных в каждом параграфе, каждый из них заканчивается подытоживающими выводами. При работе над рукописью книги был учтен многолетний опыт преподавания на кафедрах радиоприемных и радиопередающих устройств Московского Технического Университета Связи и Информатики. Автор считает, что книга будет полезна в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Средства связи с подвижными объектами» и «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», бакалаврам и магистрам связи, а также специалистам в области разработки и эксплуатации радиотехнических устройств. Автор выражает глубокую признательность доцентам М.С. Шумилину и Э.А. Шевцову за предоставленные материалы для написания ряда параграфов данной книги.
Стр.4
778 Оглавление Предисловие....................................................................................................................... 3 Раздел I. КАНАЛЫ РАДИОСВЯЗИ 1. Представления о каналах связи .................................................................. 5 1.1. Радиосвязь и ее значение для человечества ......................................................... 5 1.2. Диапазоны радиоволн ............................................................................................ 6 1.3. Каналы радиосвязи ................................................................................................. 8 1.4. Сигналы в каналах радиосвязи ............................................................................ 11 1.5. Помехи радиосвязи ............................................................................................... 13 Раздел II. УСИЛИТЕЛИ 2. Показатели качества усилителя ............................................................... 17 2.1. Структурная схема усилителя .............................................................................. 17 2.2. Классификация усилителей ................................................................................. 19 2.3. Коэффициенты усиления ..................................................................................... 21 2.4. Коэффициент полезного действия ...................................................................... 28 2.5. Нелинейные искажения в усилителе ................................................................... 28 2.6. Коэффициент шума, шумовая температура и амплитудная характеристика усилителя .................................................................................... 32 3. Общие сведения об усилителях .................................................................. 40 3.1. Основные задачи при проектировании усилительного каскада ...................... 40 3.2. Обратная связь в усилителях .............................................................................. 40 3.3. Способы включения усилительных элементов по переменному току ........... 51 3.4. Эквивалентные схемы усилительных элементов .............................................. 55 3.5. Составные транзисторы. Каскодный усилитель ............................................... 59 3.6. Цепи питания усилительных элементов по постоянному току ....................... 62 3.7. Цепи межкаскадной связи и виды усилительных каскадов ............................. 78 4. Каскады предварительного усиления ...................................................... 82 4.1. Особенности работы и методика анализа .......................................................... 82 4.2. Резисторный каскад ............................................................................................. 83 4.3. Коррекция амплитудно-частотных и переходных характеристик широкополосных и импульсных усилителей .................................................. 100 5. Резонансные усилители ............................................................................. 115 5.1. Назначение, структура и виды резонансных усилителей .............................. 115 5.2. Методика анализа транзисторных резонансных усилителей ........................ 117 5.3. Коэффициент усиления одноконтурного резонансного усилителя .............. 121 5.4. Устойчивость одноконтурного резонансного усилителя ............................... 128 5.5. Многокаскадные резонансные усилители ....................................................... 133 5.6. Коэффициент шума транзисторных резонансных усилителей ..................... 135 5.7. Резонансный усилитель с многоконтурным фильтром................................... 138 5.8. Область применения резонансных усилителей в радиоприемниках ............ 144 6. Оконечные и предоконечные каскады ................................................... 153 6.1. Особенности работы и методика анализа ........................................................ 153 Оглавление
Стр.778
Оглавление 779 6.2. Динамические характеристики ......................................................................... 154 6.3. Режимы работы усилительных элементов ...................................................... 161 6.4. Амплитудная характеристика и нелинейные эффекты резонансного усилителя .................................................................................... 169 6.5. Однотактные каскады ....................................................................................... 170 6.6. Двухтактные трансформаторные каскады ...................................................... 178 6.7. Двухтактные бестрансформаторные каскады ................................................. 188 6.8. Усилители с отрицательной обратной связью. Повторители ........................ 194 6.9. Особенности оконечных каскадов широкополосных и импульсных усилителей ................................................................................. 198 6.10. Фазоинверсные каскады .................................................................................. 199 6.11. Особенности оконечных резонансных усилителей мощности .................... 204 7. Базовые устройства в усилителях на интегральных микросхемах .. 217 7.1. Усилители постоянного тока............................................................................. 217 7.2. Операционные усилители ................................................................................. 224 7.3. Усилители в интегральном исполнении .......................................................... 236 Раздел III. ГЕНЕРАТОРЫ 8. Автогенераторы диапазонов СЧ и ВЧ .................................................... 249 8.1. Принцип работы и структурная схема автогенератора .................................. 249 8.2. Разновидности режима самовозбуждения ....................................................... 251 8.3. Частота колебаний автогенератора .................................................................. 256 8.4. Особенности построения схем транзисторных автогенераторов .................. 260 8.5. Необходимость и способы обеспечения стабильности частоты автогенераторов передатчиков ......................................................................... 263 8.6. Кварцевые резонаторы .......................................................................................269 8.7. Кварцевые автогенераторы ............................................................................... 274 9. Синтезаторы частот ................................................................................... 281 9.1. Стабильность частоты настройки. Методы синтеза частот ........................... 281 9.2. Аналоговые синтезаторы частот ...................................................................... 286 9.3. Цифровые синтезаторы частот ......................................................................... 294 9.4. Примеры построения СЧ в приемопередающих устройствах ....................... 304 10. Генераторы диапазонов ОВЧ, УВЧ и СВЧ .......................................... 317 10.1. Генераторы диапазонов ОВЧ и УВЧ ............................................................ 317 10.2. Основные типы усилительных и генераторных приборов СВЧ ................ 322 10.3. Устройства СВЧ на клистронах .................................................................... 324 10.4. Устройства СВЧ на лампах бегущей и обратной волны ............................. 329 10.5. Транзисторные СВЧ устройства ................................................................... 339 10.6. Диодные СВЧ генераторы ............................................................................. 342 Раздел IV. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 11. Преобразователи частоты ....................................................................... 351 11.1. Назначение, структурная схема и принцип работы преобразователей частоты ............................................................................................................ 351 11.2. Основы линейной теории преобразователей частоты ................................. 353
Стр.779
780 Оглавление 11.3. Побочные каналы приема в супергетеродинных приемниках ................... 357 11.4. Диодные преобразователи частоты .............................................................. 362 11.5. Транзисторные преобразователи частоты .................................................... 367 11.6. Балансные преобразователи частоты ............................................................ 371 Раздел V. МАЛОШУМЯЩИЕ УСИЛИТЕЛИ 12. Малошумящие усилители ....................................................................... 380 12.1. Виды малошумящих усилителей .................................................................. 380 12.2. Усилители на туннельном диоде ................................................................... 382 12.3. Параметрические усилители ......................................................................... 384 12.4. Транзисторные усилители СВЧ .................................................................... 395 12.5. Квантовые усилители ..................................................................................... 399 Раздел VI. МОДУЛЯТОРЫ 13. Передатчики с амплитудной модуляцией ............................................ 403 13.1. Основные понятия амплитудной модуляции ............................................... 403 13.2. Модуляция изменением смещения на управляющей сетке лампы или базе транзистора ...................................................................................... 410 13.3. Анодная и коллекторная модуляция ............................................................. 412 14. Передатчики с угловой модуляцией ..................................................... 415 14.1. Основные понятия угловой модуляции ........................................................ 415 14.2. Методы получения угловой модуляции ....................................................... 422 14.3. Частотный модулятор .................................................................................... 424 14.4. Фазовый модулятор ........................................................................................ 425 15. Передатчики с однополосной модуляцией ........................................... 427 15.1. Основные понятия однополосной модуляции и ее особенности ............... 427 15.2. Структурные схемы передатчиков с ОМ ..................................................... 430 15.3. Балансный модулятор .................................................................................... 432 15.4. Усиление мощности однополосных колебаний ........................................... 434 16. Телеграфная манипуляция ..................................................................... 436 16.1. Телеграфная манипуляция в передатчиках .................................................. 436 16.2. Схемы телеграфной манипуляции ................................................................ 445 17. Передатчики с импульсной модуляцией .............................................. 447 17.1. Основные понятия и характеристики импульсной модуляции, область применения ...................................................................................... 447 17.2. Классификация импульсных модуляторов .................................................. 453 17.3. Импульсный модулятор жесткого типа с емкостным накопительным элементом ....................................................................................................... 455 17.4. Импульсный модулятор мягкого типа с искусственной длинной линией 457 Раздел VII. ДЕТЕКТОРЫ 18. Амплитудные детекторы ......................................................................... 460 18.1. Классификация детекторов. Принцип работы амплитудного детектора .. 460 18.2. Анализ установившегося режима диодного детектора ............................... 465 18.3. Входное сопротивление последовательного диодного детектора ............. 471
Стр.780
Оглавление 781 18.4. Параллельный диодный детектор ................................................................. 473 18.5. Диодное детектирование АМ-колебаний ..................................................... 474 18.6. Разновидности амплитудных детекторов ..................................................... 479 18.7. Диодное детектирование радиоимпульсов .................................................. 483 18.8. Пиковый детектор .......................................................................................... 486 19. Амплитудные ограничители. Частотные и фазовые детекторы ..... 488 19.1. Амплитудные ограничители .......................................................................... 488 19.2. Принцип действия и структурные схемы частотных детекторов .............. 494 19.3. Виды частотных детекторов .......................................................................... 497 19.4. Назначение, структурная схема фазовых детекторов ................................. 510 19.5. Виды фазовых детекторов ............................................................................. 511 20. Цифровые детекторы ............................................................................... 515 20.1. Цифровые амплитудные детекторы .............................................................. 515 20.2. Цифровые амплитудные ограничители ........................................................ 518 20.3. Цифровые фазовые детекторы ...................................................................... 519 20.4. Цифровые частотные детекторы ................................................................... 520 Раздел VIII. РАДИОПРИЕМНИКИ 21. Общие сведения о радиоприемных устройствах .................... 523 21.1. Структурные схемы приемника ....................................................... 523 21.2. Чувствительность радиоприемника ................................................. 531 21.3. Селективность радиоприемника ...................................................... 534 21.4. Другие показатели качества радиоприемника ............................... 539 22. Входные цепи радиоприемников ............................................... 541 22.1. Назначение, структурная схема и классификация входных цепей ................................................................................... 541 22.2. Коэффициент передачи входной цепи ............................................ 542 22.3. Изменение резонансного коэффициента передачи по диапазону 552 22.4. Коэффициент шума входной цепи .................................................. 556 22.5. Расстройка контура входной цепи и способы ее уменьшения ..... 560 22.6. Особенности входных цепей различных частотных диапазонов 562 23. Регулировки в радиоприемниках .............................................. 567 23.1. Назначение и виды регулировок ...................................................... 567 23.2. Регулировка усиления ....................................................................... 567 23.3. Автоматическая регулировка усиления .......................................... 571 23.4. Настройка диапазонных радиоприемников .................................... 580 23.5. Автоматическая подстройка частоты .............................................. 592 23.6. Регулировка полосы пропускания ................................................... 597 23.7. Дистанционные управление и контроль ......................................... 599 23.8. Устройства индикации ...................................................................... 606 23.9. Применение микропроцессоров для контроля и управления работой приемников .................................................. 608 24. Помехоустойчивость радиоприемных устройств .................. 615 24.1. Помехи радиоприему ........................................................................ 615 24.2. Понятие о помехоустойчивости РПУ .............................................. 618
Стр.781
782 Оглавление 24.3. Методы борьбы с помехами в РПУ ................................................. 619 24.4. Действие сосредоточенных помех на приемник ............................ 620 24.5. Действие импульсных помех на приемник ..................................... 623 24.6. Действие флуктуационных помех на приемник ............................ 629 25. Радиоприемники непрерывных сигналов ............................... 634 25.1. Область применения и виды приемников ....................................... 634 25.2. Приемники амплитудно-модулированных сигналов ..................... 637 25.3. Приемники однополосных сигналов ............................................... 641 25.4. Приемники частотно-модулированных сигналов........................... 643 26. Радиоприемники дискретных сигналов ..................................... 650 26.1. Область применения и структурные схемы радиоприемников ...... 650 26.2. Искажения импульсных сигналов в радиотракте приемника ......... 652 26.3. Радиоприемники сигналов частотного телеграфирования ............. 657 26.4. Радиоприемники сигналов фазового телеграфирования ................ 661 27. Радиоприемные устройства различного назначения .............. 664 27.1. Радиовещательные приемники .......................................................... 664 27.2. Профессиональные радиоприемные устройства декаметрового диапазона ................................................................... 677 27.3. Радиолокационные приемники ......................................................... 687 27.4. Приемники системы персонального радиовызова .......................... 701 Раздел IX. РАДИОПЕРЕДАТЧИКИ 28. Общие сведения о радиопередающих устройствах ................. 713 28.1. Классификация, показатели качества, структурные схемы радиопередатчиков ............................................................................. 713 28.2. Умножители частоты ......................................................................... 715 28.3. Сложение мощностей нескольких генераторов ............................... 718 28.4. Широкодиапазонные усилители ....................................................... 724 28.5. Микропроцессоры в передатчиках ................................................... 731 29. Структурные схемы некоторых видов передатчиков ............ 734 29.1. Области применения передатчиков .................................................. 734 29.2. Радиовещательные передатчики ....................................................... 734 29.3. Телевизионные передатчики ............................................................ 739 29.4. Радиопередатчики фиксированной и подвижной радиосвязи в диапазоне ВЧ ................................................................................... 743 29.5. Радиопередатчики спутниковой связи .............................................. 755 29.6. Радиопередатчики наземной подвижной связи ................................ 767 Список литературы ........................................................................................... 777
Стр.782