ВВЕДЕНИЕ Цели и задачи изучения дисциплины - изучение принципов построения передающих систем; - изучение передающих устройств в р

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  1
  Дисциплина: УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ И ГЕНЕРИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
  Образовательной программы:
  направления подготовки дипломированных специалистов
  210300 РАДИОТЕХНИКА
  ВВЕДЕНИЕ
  Цели и задачи изучения дисциплины
  - изучение принципов построения передающих систем;
  - изучение передающих устройств в различных диапазонах волн;
  - изучение основных типов современных вакуумных и полупроводниковых генераторных и усилительных приборов;
  - изучение основных элементов передающих устройств;
  - изучение модуляторов, усилителей мощности, умножителей, синтезаторов частот;
  - изучение основ схемотехники;
  - изучение особенностей проектирования и эксплуатации передающих устройств средств радиоэлектронной борьбы.
  

• 

  2 слайд

  2
  В результате теоретического изучения дисциплины студент должен:
  иметь представление:
  - об основных видах радиоэлектронных схем, используемых в устройствах формирования и генерирования сигналов;
  - о принципах функционирования устройств формирования и генерирования сигналов.
  знать и уметь использовать:
  - теоретические методы анализа и синтеза радиоэлектронных схем формирования сигналов;
  - методы теоретического и экспериментального исследований устройств формирования и генерирования сигналов;
  - методы выбора устройств формирования и генерирования сигналов для конкретных применений;
  - методы построения и способы реализации на ЭВМ имитационных моделей устройств формирования сигналов;
  иметь опыт:
  - выполнения инженерных расчетов и принятия профессиональных решений по проектированию устройств формирования и генерирования сигналов;
  - проведения расчетов и вычислительных экспериментов на ЭВМ
  - для оценки показателей эффективности устройств формирования и генерирования сигналов;
  - работы с научно-технической документацией, технической литературой и другими информационными источниками для решения профессиональных задач.
  

• 

  3 слайд

  3
  
  ТЕМА 1. ЗАДАЧИ И ФУНКЦИИ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ (РПДУ)
  
  Радиопередающими устройствами (более коротко - радиопередатчиками) называются радиотехнические аппараты, служащие для генерирования, усиления по мощности и модуляции высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний, подводимых к антенне и излучаемых в пространство.
  

• 

  4 слайд

  4
  Иерархия компонентов РЭС
  Системы и комплексы
  Подсистемы
  Устройства
  Каскады
  Звенья
  Радиопередатчики
  Блоки
  Элементы
  

• 

  5 слайд

  5
  Работа передатчика
  Схема радиопередатчика, приведенная на рис.а, включает следующие основные элементы: антенный контур, состоящий из антенны (А) и вторичной обмотки индукционной катушки (L), искровой разрядник (Р), прерыватель (П), ключ (К) и источник постоянного тока. Форма колебаний, излучаемых радиопередатчиком, показана на рис. б.
  При размыкание контактов 1 и замыкании 2 в контуре возникает затухающий колебательный процесс, описываемый выражением
  
  
  где - частота колебаний;
  a- коэффициент затухания.
  .
  

• 

  6 слайд

  6
  Основные этапы развития техники и теории РПДУ
  Первый этап (1896 - 1920) включает в себя создание искровых радиопередатчиков, использующих машинные генераторы высокой частоты. Мощность последних достигала нескольких киловатт, а частота - 20 кГц.
  Второй этап (с 1920 г. по настоящее время) связан с изобретением электровакуумных приборов - триода, тетрода и пентода. В России первый электровакуумный прибор, пригодный для генерации и усиления ВЧ колебаний, был разработан в Нижнем Новгороде под руководством М.А. Бонч-Бруевича.
  Третий этап (с 1938 г. по настоящее время) связан, в первую очередь, с телевидением и радиолокацией, развитие которых требовало освоения все более высоких частот - перехода к дециметровым и сантиметровым волнам.
  Четвертый этап (с 1960 г. по настоящее время) связан с созданием мощных ВЧ и СВЧ транзисторов. Первый транзистор, за который американским ученым Шокли, Бардину и Брайтену в 1956 г. присудили Нобелевскую премию по физике, был сделан в 1950 г.
  

• 

  7 слайд

  7
  Обобщенная структурная схема РПДУ
  

• 

  8 слайд

  8
  Классификация частот и их применение
  

• 

  9 слайд

  9
  ТЕМА 2. Классификация, каскады, структурная
  схема и параметры радиопередатчиков
  Назначению
  Объекту использования
  Мощности
  Виду излучения
  Частотному диапазону
  От полосы пропускания
  РПДУ классифицируют по:
  
  

• 

  10 слайд

  10
  Табл. 1. Диапазоны радиоволн
  

• 

  11 слайд

  11
  Табл. 2. Диапазоны радиочастот
  

• 

  12 слайд

  12
  
  Табл. 3. Деление всего диапазона радиоволн
  на меньшие диапазоны.
  

• 

  13 слайд

  13
  Классификация радиопередатчиков по назначению
  Назначение РПДУ
  Радиосвязные
  Радиотелеметрические
  Радиовещательные
  Радиолокационные
  Телевизионные
  Радионавигационные
  

• 

  14 слайд

  14
  Классификация по мощности
  По мощности сигнала, подводимой к антенне
  Малой , до 10 Вт
  Сверхбольшой, выше 10 кВт
  Средней , 10 – 500 Вт
  Большой, 500 Вт – 10кВт
  

• 

  15 слайд

  15
  Классификация по виду излучения
  Классификация по режиму излучения
  Непрерывный
  Импульсный
  

• 

  16 слайд

  16
  Классификация по полосе пропускания
  Классификация в зависимости от полосы пропускания
  Узкополосные
  Широкополосные
  Сверхширокополосные
  

• 

  17 слайд

  17
  Классификация по назначению
  Классификация РПДУ по назначению
  Радиовещательные
  Радиосвязные
  Телевизионные
  Радиолокационные
  Радиотелеметрические
  Радионавигационные
  

• 

  18 слайд

  18
  Классификация по объекту использования
  Классификация РПДУ по объекту использования
  Самолетные
  Носимые
  Спутниковые
  Корабельные
  Мобильные
  Наземные стационарные
  

• 

  19 слайд

  19
  Перечень основных элементов (каскадов) РПДУ (начало слайда)
  Автогенератор или генератор с самовозбуждением – источники ВЧ и СВЧ колебаний;
  Генератор с внешним или независимым возбуждением – усилитель ВЧ и СВЧ сигнала;
  Умножитель частоты;
  Преобразователь частоты – для смещения частоты колебаний;
  Делитель частоты;
  
  

• 

  20 слайд

  20
  Перечень основных элементов (каскадов) РПДУ (продолжение)
  - частотный модулятор;
  Фазовый модулятор;
  Фильтры: полосовой, режекторный, НЧ, ВЧ, гребёнчатый;
  Сумматор (делитель) мощностей сигналов;
  Мостовое устройство – разновидность сумматора или делителя;
  
  

• 

  21 слайд

  21
  Перечень основных элементов (каскадов) РПДУ (продолжение)
  Согласующее устройство;
  Аттенюатор – для регулирования мощности сигнала;
  Фазовращатель – управление фазой сигнала;
  Ферритовые однонаправленные устройства (церкуляторы, вентили) – для пропускания сигнала только в одном направлении;
  
  

• 

  22 слайд

  22
  Перечень основных элементов (каскадов) РПДУ (окончание)
  Направленный ответвитель – для отбора части мощности из основного канала его распространения;
  балластные сопротивления – в которых происходит рассеивание мощности;
  Источники электропитания;
  Экранированные контура;
  Волновод, радиокабель;
  Антенны.
  
  
  

• 

  23 слайд

  23
  ТЕМА 3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ И УСИЛЕНИЯ ВЧ И СВЧ КОЛЕБАНИЙ
  
  Основное назначение генератора состоит в преобразовании энергии источника постоянного тока в энергию ВЧ или СВЧ колебаний.
  Генераторы подразделяются на два основных типа:
  - автогенераторы, работающие в режиме самовозбуждения или автоколебаний, частота которых определяется параметрами самого устройства;
  - генераторы с внешним возбуждением, работающие в режиме усиления входного сигнала по мощности или умножения его частоты.
  
  

• 

  24 слайд

  24
  
  Основные электронные приборы, используемые в генераторах:
  
  Электровакуумные приборы – триоды, тетроды, пентоды и др;
  Полупроводниковые приборы – транзисторы биполярные, полевые, диоды (туннельные, Ганна и лавино-пролетные);
  Клистроны;
  Лампы бегущей волны;
  Приборы магнетронного типа.
  
  

• 

  25 слайд

  25
  Устройство генератора с триодом
  Устройство генератора на биполярном транзисторе
  

• 

  26 слайд

  26
  Устройство генератора на полевом транзисторе
  Устройство генератора на биполярном транзисторе
  

• 

  27 слайд

  27
  Клистронный генератор
  
  

• 

  28 слайд

  28
  Генератор на лампе бегущей волны
  
  

• 

  29 слайд

  29
  ТЕМА 4. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЧ ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
  Рис. Обобщенная схема ВЧ генератора с внешним возбуждением
  
  

• 

  30 слайд

  30
  Характеристики ВЧ генератора
  Рис. 1 и 2 Амплитудные характеристики ВЧ генератора
  Рис. 3 Частотные характеристики ВЧ генератора
  

• 

  31 слайд

  31
  ТЕМА 5. ЛАМПОВЫЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
  Типовая схема лампового ГВВ содержит:
  электровакуумный прибор - тетрод;
  выходную электрическую цепь - параллельный колебательный контур;
  входную электрическую цепь - высокочастотный трансформатор;
  цепи питания анода, управляющей и экранной сеток.
  

• 

  32 слайд

  32
  АЧХ параллельного колебательного контура
  

• 

  33 слайд

  33
  Статические характеристики лампы
  

• 

  34 слайд

  34
  Полигональная аппроксимация статических характеристик
  

• 

  35 слайд

  35
  Графический метод расчета анодного тока
  

• 

  36 слайд

  36
  Динамическая характеристика ГВВ
  

• 

  37 слайд

  37
  Определению параметров генератора в граничном режиме
  

• 

  38 слайд

  38
  Модель схемы лампового генератора с общим катодом
  

• 

  39 слайд

  39
  Схема ГВВ с общей сеткой
  

• 

  40 слайд

  40
  Входные и выходные цепи ГВВ
  

• 

  41 слайд

  41
  ТЕМА 6. Методика расчета электрического режима работы лампового ГВВ в граничном режиме работы (слайд 1)
  1. Исходные данные для расчета: рабочая частота , выходная мощность.
  2. Выбор типа электровакуумного прибора. Исходя из заданной мощности и частоты сигнала по справочнику «Электровакуумные приборы» выбираем тип генераторной лампы. Останавливаемся на тетроде типа ГУ-61Б.
  3. Выбираем угол отсечки.
  4. По характеристикам прибора определяем:
  крутизну линии граничного режима;
  крутизну анодно-сеточной характеристики;
  напряжение отсечки .
  5. Выбираем граничный режим работы.
  

• 

  42 слайд

  42
  Расчет анодной цепи генератора (слайд 2)
  Коэффициент использования анодного напряжения;
  Амплитуда напряжения на анодном контуре;
  3. Остаточное напряжение на аноде лампы;
  4. Амплитуда 1-й гармоники анодного тока;
  5. Амплитуда импульса анодного тока;
  6. Постоянная составляющая анодного тока;
  7. Мощность, потребляемая по анодной цепи;
  8. Мощность, рассеиваемая анодом лампы;
  9. Коэффициент полезного действия;
  10. Сопротивление нагруженного анодного контура, необходимое для реализации рассчитанного режима работы.
  
  

• 

  43 слайд

  43
  Расчет цепи управляющей сетки.
  (слайд 3)
  1. Требуемая амплитуда напряжения;
  2. Напряжение смещения;
  3. Максимальное напряжение на сетке;
  4. Высота импульса сеточного тока, определяемая по характеристикам (при и ) или из примерного соотношения;
  5. Косинус угла отсечки сеточного тока;
  6. Первая гармоника сеточного тока;
  7. Постоянная составляющая сеточного тока;
  8. Требуемая мощность возбуждения;
  9. Мощность, теряемая в цепи смещения;
  10. Мощность, рассеиваемая управляющей сеткой;
  11. Входное сопротивление по 1-й гармонике сигнала;
  12. Коэффициент усиления генераторной лампы по мощности.
  Расчет электрического режима работы ВЧ лампового генератора с внешним возбуждением можно провести по программе на языке Mathcad.
  
  
  

• 

  44 слайд

  44
  ТЕМА 7. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГВВ
  
  Статические характеристики биполярного транзистора
  

• 

  45 слайд

  45
  Зависимость скорости движения электронов в полупроводнике от напряженности электрического поля
  Предельная или граничная частота усиления транзистора непосредственно связана со временем переноса носителей заряда через базовую область толщиной W
  
  
  , где - время переноса носителей через базу.
  

• 

  46 слайд

  46
  Статические характеристики биполярного транзистора и p-n-перехода
  

• 

  47 слайд

  47
  Модель транзистора из двух
  р-п-переходов.
  
  

• 

  48 слайд

  48
  Четыре состояния биполярного транзистора
  

• 

  49 слайд

  49
  Статические характеристики полевого транзистора
  

• 

  50 слайд

  50
  ТЕМА 8. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНО ГВВ
  Схемы ГВВ на транзисторах: а)- с биполярным -б) с полевым
  

• 

  51 слайд

  51
  В транзисторных и в ламповых генераторах возможны: недонапряженный, граничный и перенапряженный режимы работы
  При биполярном транзисторе динамическая характеристика располагается:
  - в случае недонапряженного и граничного режимов работы в двух областях - активной (2) и отсечки (1);
  - в случае перенапряженного режима работы в трех областях - отсечки (1), активной (2) и насыщения (3). При этом провал в импульсе коллекторного тока происходит по причине захода рабочей точки (координаты ) в область насыщения и перехода коллекторного р-n-перехода в открытое состояние.
  В недонапряженном и граничном режимах импульсы коллекторного тока при работе с отсечкой имеют косинусоидальную форму.
  

• 

  52 слайд

  52
  Примеры форм импульса коллекторного тока в перенапряженном режиме работы показаны на рис. б-г.
  При наличии только активной составляющей в нагрузке провал в импульсе располагается посредине (см. рис. б), при добавлении к ней емкости - сдвигается влево (см. рис. в), индуктивности - вправо (см. рис. г).
  
  Рис. Импульсы
  Коллекторного
  тока при работе с
  отсечкой в
  перенапряжен-ном режиме
  
  

• 

  53 слайд

  53
  ТЕМА 9. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТРЕХ ТИПОВ ГЕНЕРАТОРОВ С ВВ: ЛАМПОВОГО, С БИПОЛЯРНЫМ И ПОЛЕВЫМ ТРАНЗИСТОРАМИ
  Преимущества транзисторных генераторов перед ламповыми состоят:
  - в большей долговечности (срок службы генераторных ламп обычно не превышает нескольких тысяч часов, транзисторов - сотен тысяч часов);
  - низком значении напряжения питания, которое не превышает 30 В (у ламп это напряжение от нескольких сотен вольт до десятков киловольт);
  - практически мгновенной готовности к работе после подачи напряжения питания (у ламп требуется предварительное включение цепи накала);
  - высокой прочности по отношению к механическим перегрузкам; в значительном снижении массы и габаритных размеров аппаратуры и возможности ее миниатюризации на основе интегральной технологии.
  К недостаткам транзисторных генераторов относятся:
  - ограниченная мощность транзисторов и связанная с этим необходимость суммирования мощностей генераторов при повышенной мощности радиопередатчика;
  - температура корпуса мощных транзисторов не должна превышать 60...70C;
  - чувствительность к весьма кратковременным нарушениям эксплуатационного режима по причине пробоя р-n-переходов, в связи с чем требуется применение специальных схем защиты мощных транзисторов;
  - в низком коэффициенте усиления по мощности при приближении частоты усиливаемого сигнала к граничной частоте транзистора (обычно не более 3...6 дБ) и зависимости этого коэффициента от частоты согласно.
  

• 

  54 слайд

  54
  Сравнительный анализ генераторов с ВВ: лампового и транзисторного
  Ламповые генераторы работают со сравнительно высокими напряжениями питания (от сотен вольт до десятков киловольт) и относительно малыми токами. Поэтому сопротивление анодной нагрузки в них превышает 1000 Ом.
  Транзисторные генераторы работают при низких напряжениях питания (<30 В) и с относительно большими токами. Поэтому в них сопротивление коллекторной или стоковой нагрузки составляет от нескольких до десятков Ом.
  Таким образом, ламповый генератор требует высокоомной нагрузки, а транзисторный - низкоомной.
  Во втором случае можно обеспечить широкую полосу пропускания генератора.
  

• 

  55 слайд

  55
  Сравнительный анализ генераторов с ВВ: лампового и транзисторного
  Основное применение в современных радиопередатчиках при мощности не более нескольких сотен ватт находят транзисторные генераторы. С помощью способов суммирования сигналов это значение мощности может быть повышено на 2-3 порядка.
  И только в передатчиках повышенной мощности, например радиовещательных мощностью в несколько десятков и сотен киловатт используются электровакуумные приборы.
  

• 

  56 слайд

  56
  ТЕМА 10 . ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ВЧ ГВВ
  Обобщенная схема ГВВ
  

• 

  57 слайд

  57
  По назначению следует различать три основных случая согласования цепей применительно к ГВВ:
  – согласование входного сопротивления транзистора с предыдущим каскадом;
  – согласование выходного сопротивления транзистора со следующим каскадом;
  – согласование выходного сопротивления транзистора с антенной.
  Другая классификация электрических цепей связана с полосой их пропускания fпр при среднем значении частоты в этой полосе f0. Различают три основных цепи:
  – узкополосная цепь при (fпр/f0)=1…2%;
  – среднеполосная цепь при 2%(fпр/f0)20%;
  – широкополосная цепь при (fпр/f0)20%.
  

• 

  58 слайд

  58
  Согласующие цепи в ВЧ транзисторных генераторах
  а – входная цепь;
  б – выходная цепь
  

• 

  59 слайд

  59
  Согласование выходного каскада с антенной определяет, какая часть мощности ВЧ сигнала радиопередатчика будет подведена к антенне и излучена в пространство. Отсутствие надлежащего согласования между антенной и радиопередатчиком недопустимо.
  Антенна по отношению к радиопередатчику имеет определенное входное сопротивление, зависящее от конструкции и размеров антенны, окружающих ее предметов, длины волны и других факторов.
  

• 

  60 слайд

  60
  Измерение амплитуд падающей и отраженной волны
  

• 

  61 слайд

  61
  Согласующего устройства при емкостном характере сопротивления антенны
  

• 

  62 слайд

  62
  Трехточечная схема АГ
  

• 

  63 слайд

  63
  Схемы транзисторного АГ
  

• 

  64 слайд

  64
  Схемы АГ с включением кварцевого резонатора в цепь обратной связи
  

• 

  65 слайд

  65
  Параметры, характеризующие работу АГ, можно разбить на две группы
  К первой относятся величины, определяющие энергетические свойства АГ - колебательную мощность и КПД.
  Во вторую группу входят параметры, характеризующие частотные свойства АГ:
  - диапазон частот f1 … f2, в пределах которого возможна перестройка частоты;
  - требуемое, номинальное значение частоты генерируемого сигнала fном;
  - долговременная нестабильность частоты за определенный интервал времени;
  - кратковременная нестабильность частоты и фазы сигнала;
  - чистота спектра и уровень шума излучаемого сигнала.
  

• 

  66 слайд

  66
  ТЕМА 11. РАДИОПЕРЕДАТЧИКИ ВЧ ДИАПАЗОНА
  РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
  

• 

  67 слайд

  67
  Телевизионный радиопередатчик
  

• 

  68 слайд

  68
  Спутниковый ретранслятор
  

• 

  69 слайд

  69
  Классификация электронных приборов, применяемых в радиопередатчиках
  

• 

  70 слайд

  70
  ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  Целью данного учебного пособия является изучение теории построения устройств формирования и генерирования сигналов, изучены общие принципы построения передающих устройств в различных диапазонах частот.
  Рассмотрены различные типы модуляции и их реализации.
  В пособии приведены схемные решения умножителей, синтезаторов, модуляторов, усилителей и схем согласования.
  Учебное пособие позволяет повторить основные определения, изученные в предыдущих дисциплинах и связать их с новыми знаниями, приведенными в данной работе.
  В дополнение к учебному пособию имеются «Методические рекомендации по курсовому проектированию».
  Данное учебное пособие позволяет перейти к освоению таких дисциплин, как «Средства радиоэлектронной борьбы», «Средства радиоэлектронной защиты» и «Модемы и кодеки радиосистем».
  Рекомендуется ознакомиться с основными определениями, и выводами по главам, а затем познакомиться с вопросами для итогового контроля и перечнем тем контрольных и курсовых работ.
  После каждой лекции для закрепления материала изучить соответствующие параграфы данного пособия, а также обратиться к рекомендованной литературе, к основной и дополнительной.
  Устройства формирования и генерирования сигналов являются обязательным компонентом любой радиоэлектронной аппаратуры.
  Знания, полученные при изучении данной дисциплины позволят разобраться в работе любого радиоэлектронного устройств.
  

• 

  71 слайд

  71
  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  1. Гряник В.Н., Павликов С.Н., Убанкин Е.И. Устройства формирования и генерирования сигналов. - Владивосток: ВГУЭС. 2005. – 132 с.
  2. Радиопередающие устройства, Учебник для ВУЗов/Под редакцией В.В. Шахгильдяна - М.: Радио и связь, 2003.-560 с.
  3. Проектирование радиопередатчиков: Учебное пособие для вузов/Под редакцией В.В. Шахгильдяна, - М.: Радио и связь, 2003.-656 с.
  4. Устройства генерирования и формирования радиосигналов/Под редакцией Г.М. Уткин, В.Н. Кулешова и М.В. Благовещенского,- М.: Радио и связь, 1994.
  5. Каганов В.И. Радиопередающие устройства: Учебник для сред. проф. Образования. М.: ИРПО: Изд. Центр <Академия>, 2002.-188 с.
  6. Каганов В.И. Радиотехника + компьютер + Matcad. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. - 416 с.
  7. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: Солон-Р, 2000.-506 с.