1. Основные характеристики и параметры радиоприёмных устройств (рпу)

Вид материала

Документы

Содержание 1.3. Основные характеристики РПУ. Электромагнитная совместимость В полупроводниковом диоде есть три шумовые составляющие 3.2. Коэффициент шума Ч/П. 5.2. Входные цепи с настроенной антенной. Рассмотрим индуктивную связь Рассмотрим автотрансформаторную связь Основные характеристики 8. Преобразователи частоты ( ПЧ ). ПЧ на биполярных транзисторах. 8.3. Диодные ПЧ. Балансная схема Рассмотрим режимы работы детектора в случае слабого сигнала. 9.3.1 Транзисторные детекторные. 10. Детектирование импульсных сигналов Основные параметры 12. Частотные детекторы (ЧД). Основные параметры Главный недостаток 12.3. Частотные детекторы с преобразованием ЧМ-сигнала ... Полное содержание

Подобный материал:

• Лекция Внешние устройства компьютера, 309.96kb.
• Проект №3/271 «Параметры семантической характеристики слова в толковом словаре», 40.33kb.
• Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зет (108 час), 49.28kb.
• Программа междисциплинарного экзамена для поступления в магистратуру по направлению, 51.62kb.
• Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроника», 384.45kb.
• Назипов Рамиль Хайретдинович Назначение и устройство компьютера урок, 165.22kb.
• Классификация и основные параметры, 145.52kb.
• Типы и характеристики интерфейсов, 204.95kb.
• Термины и терминологические сочетания: основные характеристики, 619.93kb.
• Руководство по эксплуатации лтк10У. 11. 00. 000Рэ ООО "цинус завода гаро", 463.33kb.

1. Основные характеристики и параметры радиоприёмных

устройств (РПУ).

РПУ различного диапазона (радио и оптического).

В состав РПУ входят: сам приемник; оконечное устройство (нагрузка); источник питания.

Классификация: 1) РПУ прямого усиления;

2) РПУ супергетеродинного типа.

1.1. РПУ прямого усиления.




Достоинства: Простота.

Недостатки; Низкое качество воспроизводимого сигнала, ограниченная дальность приема и т. д.



1.2. РПУ супергетеродинного типа.

Достоинства; преобразователь частоты (основное усиление происходит на промежуточной частоте), высокая чувствительность, помехоустойчивость, малые линейные и нелинейные искажения.

По структуре построения РПУ делятся на аналоговые, дискретные и цифровые.

1.3. Основные характеристики РПУ.

1) Чувствительность - способность воспринимать слабые сигналы в отсутствии внешних помех. Для количественной оценки ее - это минимальная мощность на выходе, которое обеспечивает заданное отношение сигнал- шум на выходе линейной части приемника.

2. Помехоустойчивость - способность приемника обеспечивать приём сигналов с заданной достоверностью при известном способе передачи сигнала и наличии в тракте помех.

3. Избирательность. Прежде всего частотная избирательность - способность приемника выделять полезные сообщения в пределах заданной полосы частот и ослаблять действие сигналов вне этой полосы.

Избирательность делится: избирательность зеркального канала; прямого канала (эти виды обеспечиваются преселектором); избирательность по соседнему каналу (обеспечивается УПЧ).

4. Динамический диапазон­ - определяется амплитудной характеристикой приемника.



Чем шире диапазон, тем больше сигналов.


Для расширения диапазона служит система АРУ.

5. Искажения ( линейные и нелинейные). Линейные подразделяются на частотные и фазовые).



Частотные искажения. Фазовые искажения.




Нелинейные искажения определяются нелинейностью амплитудной характеристики приемника.

- коэффициент нелинейности. ( мощность основной гармоники к сумме мощностей паразитных гармоник).

6. Электромагнитная совместимость - способность РПУ работать с учетом воздействия друг на друга.


2. Основные разновидности сигналов и помех.

Все сигналы делятся на узкополосные и широкополосные.

Для узкополосных : - где fc - полоса, f₀ - несущая частота.

Для широкополосных: Узкополосные могут быть представлены:

, где U₀(t) - отражает закон амплитудной модуляции; (t) - угловой модуляции; ₀ - начальная фаза.

Все сигналы могут быть случайными и детерминированными .

Если модулирующей функцией является случайная функция, то сигнал случайный.

Все помехи можно разделить на внутренние и внешние. Причинами внутренних помех является само устройство.

Внешние - те, которые существуют в тракте радиоволн.

y(t) = U_c(t)U_ш(t) - смесь на входе устройства.

Помехи делятся на три типа:

1. Адъективные ( входная смесь представляет собой сумму);

2. Мультипликативные ( умножение);

3. Модулирующие.

Помехи делятся по временному характеру: непрерывные, дискретные и импульсные. Помехи могут быть узкополосными и широкополосными.


3. Шумы РПУ.

Внутренние и внешние.

Рассмотрим внутренние шумы. Они имеют несколько причин их появлений:

1. Наличие различных сопротивлений и проводников ( тепловой шум);




, в этом материале происходит хаотическое движение эл. заряженных частиц.



, где Т - интервал времени


Для количественной оценки этого случайного процесса можно использовать его дисперсию: - определяет мощность тепловых шумов.


- энергетический спектр шумов.

- формула Найквиста, где k - постоянная Больцмана. T - абсолютная температура проводника по Кельвину, R - сопротивление.

Эта формула справедлива для всего диапазона частот.( 0-10¹²) Гц.

- где f - полоса частот в пределах которой оценивается мощность теплового шума.




Построим эквивалентную шумовую схему.






, т.к. спектр на входе равномерен.

_ш - полоса избирательности.

Кроме тепловых в любой РПУ существуют шумы активных приборов.

В полупроводниковом диоде есть три шумовые составляющие:

1) Тепловой шум омического сопротивления открытого р-n - перехода.



2) дробный шум; его причина - это дискретный характер тока в единицу времени, - формула Шотки, где е - заряд электрона, I₀- средний ток через p-n - переход;

3) избыточный шум ( флигер-шум); этот шум в низких частотах и мощность его обратно пропорциональна частоте




Эквивалентная шумовая схема полупроводникового диода:




3.1. Шумы биполярных и полевых транзисторов.

Биполярные транзисторы:

1) тепловой шум объемного сопротивления базы, ;

2) дробовой шум эмитерного перехода, ;

3) дробовой шум коллекторного перехода, ,где I_ко - обратный ток на коллекторе;

4) шум рекомбинации или токораспределения; его причина - случайный характер рекомбинации электронов и дырок в базе транзистора.

, где - коэффициент передачи о току в схеме с общей базой;

5) фликер-шум, или избыточный шум, i²_{ш.фл.ср.}.

Эквивалентная шумовая схема биполярного транзистора:




Полевой транзистор:

1) тепловой шум токопроводящего канала;

2) дробовой шум тока утечки затвора;

3) тепловой шум объемного сопротивления стока и истока транзистора.

Шумовые параметры полевых транзисторов гораздо лучше, чем у биполярных.


3.2. Коэффициент шума Ч/П.




; ; .

- коэффициент шума Ч/П.  , .

F=(P_c.вых/P_ш.вых.)/(P_c.вх./P_{ш. вх.}).


3.3. Шумовая температура.

Стандартный коэффициент шума Ч/П - это величина, коэффициента шума, при условии что Ч/П находится при температуре окружающей среды.

При этом источник шума также имеет T=300^оК.

Тогда связь стандартного и реального коэффициента шума определяется: , где t_и=Т_и/T₀ - относительная шумовая температура источника. , где Т₀ 300^о К, F₀ - стандартный коэффициент шума Ч/П

Пассивным Ч/П являются входные цепи (разрядник защиты приемника, режекторные фильтры, вентили, циркуляторы, сам фильтр).

Для пассивного Ч/П:  коэффициент шума этого Ч/П: F_n=1/K_p, где K_p<1.

Коэффициент потерь: L_p 1/K_p F_n=L_p.


3.4. Коэффициент шума каскадно включенных Ч/П.






,  Основной вклад вносят первые каскады.

Шумовая температура n- каскадов Ч/П:

.


3.5. Внешние шумы.

Они могут иметь естественную природу, либо это специально организованные помехи. Допустим, что антенна находится в состоянии термодинамического равновесия с окружающей средой

Мощность шумов тогда определяется: , T_А=T₀, R_А - шумовое сопротивление антенны: , где R_ - сопротивление излучения антенны, вызвано всем внешним излучением, его величина зависит от направленных свойств антенны; R_П - сопротивление потерь антенны, определяется технологией изготовления антенны.

Если антенна находится не в состоянии термодинамического равновесия (в общем случае), то: , где - относительная шумовая температура антенны: .

t_A- может быть как >1, так и <1.


4. Чувствительность РПУ.

Вводится понятие пороговой и реальной чувствительности.

Пороговая чувствительность определяется, как минимальная мощность входного сигнала приемника, при которой отношение сигнал/шум на выходе линейной части приемника =1, .

, где P^’_ш - пересчитывается мощность шумов с выхода на вход.  - пороговая чувствительность:

,

где: f_ш - шумовая полоса, определяемая избирательностью входной цепи или избирательностью наиболее узкополосной части приемника.

f_ш f_прм, где f_прм - определяется законом модуляции входного сигнала.




f_прм  1,37/_и


F₀ - стандартный коэффициент шума приемника,

t_А - относительная шумовая температура антенны.

Реальная чувствительная - это минимальная мощность входного сигнала приемника, при которой обеспечивается заданное соотношение сигнал/шум на выходе линейного тракта приемника:

- коэффициент различимости. , где D_р - реальная чувствительность.

Для возрастания D_р - нужно уменьшение F₀, либо уменьшение t_A, либо уменьшение D.

5. Входные цепи РПУ.

Входные цепи обеспечивают:



1) связь антенны и усилителя радиочастоты ( УРЧ);


2) защиту приемника от перегрузок;

3) настройку приемника на заданную частоту;

4) определенную избирательность.




E_А=h_д E, где h_д - действующая длина антенны (зависит от частоты и размеров антенны).






L_A<<1/C_A ( индуктивное сопротивление гораздо меньше емкостнго) 

Входные цепи делятся, в зависимости от диапазона, на настроенные и ненастроенные антенны.

Ненастроенные антенны, как правило, ДВ и СВ. Настроенные антенны на короткой части КВ и на УКВ.


5.1. Входные цепи с ненастроенной антенной.

Два вида связи - емкостная и индуктивная.



емкостная: индуктивная:



второй вариант индуктивной:




Параметры входной цепи:

1. Коэффициент передачи входной цепи К_p=P_с.вых/Р_с.вх. , L_n1/К_р.


2. Для перестраиваемых приемников коэффициент перекрытия по диапазонам:




3. Полоса входной цепи: f.

4. Избирательность реальная: . Обе схемы (индуктивная и емкостная) могут быть представлены в виде эквивалентной схемы:





, .


Для емкостной связи:

, ; , , ;

, где - сопротивление потерь эквивалентного колебательного контура, r_к - сопротивление потерь собственного колебательного контура.

- резонансная частота контура. - коэффициент передачи.




Если K_д =2 


Главный недостаток такой связи - это неравномерность ( как видно из графика) коэффициент передачи в диапазоне.

Поэтому весь диапазон разбивается на поддиапазоны:




Входные цепи с индуктивной связью:

; , , ;  (1).

Из этого выражения также  , что K(j) не равномерен, но здесь мы имеем два колебательных контура.

Можно найти оптимальную связь: , если подставить это выражение в (1), то получим максимальный коэффициент передачи: .

Рассмотрим имеющиеся два контура:

- антенный контур



1) Компенсирующие друг друга два графика дают коэффициент передачи (сплошной линией).


Если _0A/₀^min = 0,7 ; K_д =3  K_0max/K_0min  1,8.

работа на удлиненную антенну.

2) работа на укороченную антенну.




получаем еще большую неравномерность | k’(j)|.

Если К_д=3, K_0max/K_0min  17.



Главное достоинство индуктивной связи можно обеспечить индуктивной связи можно обеспечить равномерность коэффициента передачи в диапазоне (в случае работы на удлиненную антенну).


5.2. Входные цепи с настроенной антенной.

Существенным параметром здесь является чувствительность.

Должен быть обеспечен и минимум коэффициента шума.

Максимум коэффициента передачи и минимум коэффициента шума несовместимы.

Применяются два вида связи: индуктивная и автотрансформаторная.

индуктивная: автотрансформаторная:





Рассмотрим индуктивную связь:

Эквивалентная схема:



волновое сопротивление фидера согласованно с омическим сопротивлением антенны, т.е. имеем Z_A.

Выражение для K(j) также, как для индуктивной связи с расстроенной антенной.

Для обеспечения максимума K(j) должно выполняться:

1) входная цепь должна быть в резонансе, т.е.:

, где , где С₁₁ - для следующего каскада, , где X_ац реактивность фидера.

2) равенство активных сопротивлений ( резонансного сопротивления контура и активного сопротивления антенны), т.е.: , где .

Из этого условия можно найти: 

, здесь L_K>>M.

Рассмотрим автотрансформаторную связь:

Эквивалентная схема:




Z₁₁ - водная проводимость усилителя.


; , где g_w=1/W, где W-волновое сопротивление фидера, g_экв=1/R_экв; в режиме согласования для второго условия:

 .


6. Малошумящие усилители.


Типы: транзисторный, на ЛБВ, на туннельных диодах, электронно-лучевые, кантовые.

Две основные схемы: на проход и на отражение.




- проходной



К_{отр.усил.}>1.


- отражательный.


6.1. Малошумящий усилитель на туннельном диоде.




На отрицательном участке энергия не тратится.


Достоинства: безинерционность, малый уровень потребления энергии, надежность.


Рабочий участок ВАХ апроксимируется:

, ;

- дифференциальная проводимость. , . .

Туннельный диод в ВЧ-диапазоне в виде эквивалентной схемы:




R_д - дифференциальное сопротивление.



Если R_д = 0  - предельная частота, где r_n - эквивалентное сопротивление потерь контура.




; .


7. Параметрический усилитель (ПУ).

Сущность получения усиления в ПУ заключается в преобразовании энергии генератора накачки в энергию сигнала. Преобразование осуществляется на реактивных элементах.

В схемах высокочувствительных усилителей большое применение получили управляемые емкости.

Используются ПУ: ферритовые, полупроводниковые, электронно-лучевые.

Рассмотрим полупроводниковые усилители.



- средняя мощность накачки.

, где P`_П - мощность потерь, а P_.П - мощность потерь колебательного контура.

; , где r­_ - внешнее, вносимое сопротивление.

Используются ПУ одноконтурные и двухконтурные.

Основные характеристики: коэффициент передачи и полоса пропускания.

( Баланс мощностей и режимы работы ПУ . ( см ). )

Эквивалентная схема любого усилителя:




- отражает характер регенеративной нагрузки


Параметрический усилитель:



7.1. Двухконтурный полупроводниковый параметрический

усилитель.



контур _x - ослабляет влияние генератора накачки и источника сигнала.

_x = _н - _с , _x _c , 2_н _c .


Здесь добиваются большего коэффициента усиления и меньшего коэффициента шума.

, где R₀ = R_н = R_с , где R_с вносимое сопротивление в контур УРЧ, R_н - сопротивление нагрузки, R_с - сопротивление источника.

Z - комплексное сопротивление всей цепи

На резонансной частоте: Z₀ = R₀ + r_x - R_{_} .


8. Преобразователи частоты ( ПЧ ).

Предназначены для линейного переноса спектра сигнала по оси частот без искажения его спектрального состава.



_x





После фильтра на выходе будет только один сигнал.




- преобразование частоты может быть как вверх, так и вниз.


X - преобразующий элемент, который смешивает два сигнала.




преобразовательный элемент с фильтром.


ПУ должен обеспечивать минимальное искажение сигнала, алый коэффициент шума, максимальное подавление паразитных сигналов, необходимым коэффициентом усиления.

К гетеродину (Г) предъявляются требования к минимальному уходу о частоте, должен обладать стабильной амплитудой и мощностью.