Компаратор ненулевого уровня

Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине

"Основы электротехники и радиоэлектроники

1. Понятие, классификация и параметры электрических сигналов.

Электрические сигналы представляют собой электрические процессы, используемые для передачи, приема и преобразования информации.

Сигналы можно разделить на два больших класса: детерминированные и случайные. Детерминированными называются сигналы, мгновенные значения которых в любой момент времени можно предсказать с вероятностью, равной единице, и которые могут быть заданы в виде некоторой определенной функции времени. Приведем несколько характерных примеров: гармонический сигнал с известной амплитудой A и периодом T ; последовательность прямоугольных импульсов с известным периодом следования T, длительностью импульса t_и и его амплитудой A; последовательность импульсов произвольной, но не изменяющейся формы с известной длительностью t_и, амплитудой A и периодом T . Такие детерминированные сигналы, в принципе, не содержат никакой информации.

Случайные сигналы представляют собой хаотические функции времени, значения которых в конкретный момент времени заранее неизвестны и не могут быть предсказаны с вероятностью, равной единице, например, одиночный импульс с длительностью t_и и амплитудой A, речь или музыка, преобразованные в электрические процессы и т. д. К случайным сигналам относятся также шумы.

 

 

2. Структурная схема радиоканала связи; основные характеристики радиопередающих и радиоприёмных устройств.

Радиопередающие устройства (радиопередатчики) предназначены для формирования колебаний несущей частоты; модуляции их по закону передаваемого сообщения и излучения полученного радиосигнала в пространство или передачи его по физическим линиям связи.

Радиопередающие устройства классифицируют:

1) По назначению: вещательные (радиовещательные, телевизионные), связные, радиолокационные, навигационные, телеметрические и др.

2) По диапазону рабочих волн (километровые, гектометровые, декаметровые, метровые и т. д.).

3) По средней излучаемой мощности передаваемых сигналов: передатчики очень малой (< 3 Вт), малой (3100 Вт), средней (0,110 кВт), большой (10100 кВт), сверхбольшой (> 100 кВт) мощности.

4) По виду модуляции сигнала.

5) По условиям эксплуатации: стационарные, бортовые (космические, корабельные, самолетные, автомобильные) и переносные (портативные).

Основные показатели радиопередатчиков:

1. Диапазон частот несущих колебаний fminfmax.

2. Количество частот N внутри этого диапазона.

3. Шаг сетки рабочих частот, определяемый согласно выражению колебаний.

5. Выделенная полоса частот излучения.

6. Выходная мощность несущих колебаний – это активная мощность, поступающая от радиопередатчика в антенну.

7. Суммарная мощность, потребляемая передатчиком от источника или блока питания по всем цепям.

8. Коэффициент полезного действия или промышленный КПД – определяется как отношение выходной мощности радиопередатчика к потребляемой им мощности.

9. Вид модуляции и определяющие его параметры.

18. Параметры передаваемого сообщения.

11. Параметры, характеризующие допустимые искажения передаваемого сообщения.

12. Побочные излучения радиопередатчика.

Радиоприемные устройства предназначены для приема радиосигналов и преобразования их к виду, позволяющему использовать содержащуюся в них полезную информацию.

Радиоприемники классифицируют:

1) По назначению: профессиональные и вещательные (бытовые). К профессиональным относятся приемники связные, радиолокационные, радионавигационные и др. Бытовые приемники обеспечивают прием программ звукового и телевизионного вещания.

2) По диапазону рабочих частот, т. е. области частот настройки, в пределах которой обеспечиваются все другие электрические характеристики приемника.

3) По виду модуляции сигнала.

4) По условиям эксплуатации (стационарные, бортовые и переносные).

Под помехоустойчивостью приемника понимают способность приемника обеспечивать прием переданной или извлеченной информации с заданной достоверностью при выбранных видах сигналов (в том числе видов модуляции или кодирования) и наличии помех в радиоканале.

 

 

3. Спектральное представление электрических сигналов.

Амплитудный спектр

Спектральная форма представления сигнала –

это представление параметров сигнала в виде двух графиков:

 

графика спектра амплитуд;

·

Спектральная диаграмма амплитуд показывает распределение энергии сигнала между составляющими его спектра. Структура спектра периодического сигнала полностью определяется значениями амплитуд и фаз гармоник. Высота линий спектра амплитуд пропорциональна амплитуде данной гармоники, поэтому их высоты различны. Основание спектральной линии на оси частот лежит в точке, соответствующей частоте гармоники. Длины линий спектра фаз пропорциональны значению фаз. Основание спектральной линии на оси частот лежит в точке, соответствующей частоте гармоники.

 

4. Общая характеристика операционных усилителей; инвертирующий усилитель.

Операционный усилитель (ОУ) - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления (K=103106), имеющий дифференциальный вход (два входа) и один выход.

Своё начало операционные усилители ведут от аналоговых компьютеров, где они применялись во многих линейных, нелинейных и частото-зависимых схемах. Параметры схем с операционными усилителями определяются только внешними компонентами, а также небольшой температурной зависимостью или разбросом параметров при их производстве, что делает операционные усилители очень популярными элементами при конструировании электронных схем. С развитием электронных вычислительных машин (ЭВМ) и вытеснением аналоговых первоначальная функция ОУ была утрачена, но термин «операционный» за ними сохранился.

Операционные усилители являются наиболее востребованными приборами среди современных электронных компонентов, они находят своё применение в потребительской электронике, применяются в индустрии и в научных приборах. Многие стандартные микросхемы операционных усилителей стоят несколько рублей. Но некоторые модели гибридных или интегрированных операционных усилителей со специальными характеристиками, выпускаемые мелкими партиями, могут стоить тысячи рублей. Операционные усилители выпускаются и как отдельные компоненты, и как элементы сложных электронных схем.

Современные ОУ, как правило, имеют цепи внутренней частотной коррекции, а дополнительная балансировка часто не требуется. Поэтому ОУ, у которых дополнительные выводы в конкретной схеме не используются, целесообразно обозначать в упрощенном виде – без дополнительных полей.

Значение коэффициента усиления у микросхем операционных усилителей велико, следовательно, небольшая разница напряжений между входами Uвх2 и Uвх1 приведёт к появлению на выходе усилителя напряжения почти равному напряжению питания. Это называется насыщение усилителя.

Инвертирующий усилитель на основе ОУ

Рис. 11.2. Инвертирующий усилитель на основе ОУ.

 

 

5. Электрические цепи и схемы; основные законы электрических цепей, линейные и нелинейные электрические цепи.

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об ЭДС, напряжении и токе. В общем случае электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии и промежуточных звеньев (проводов, аппаратов), связывающих источники с приемниками.

Источниками электрической энергии являются химические источники тока, термоэлементы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, молекулярно-кинетической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую. К источникам можно отнести и приемные антенны, в которых в отличие от перечисленных выше устройств не происходит изменения вида энергии.

Приемниками электрической энергии, или так называемой нагрузкой, служат электрические лампы, электронагревательные приборы, электрические двигатели и другие устройства, в которых электрическая энергия превращается в световую, тепловую, механическую и др.

Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой.

Участок электрической цепи с неизменным током называют ветвью цепи. Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи. В общем случае, если состав ветви неизвестен, последняя изображается прямоугольником.

Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:

Второй закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма напряжений на ветвях в любом замкнутом контуре равна нулю:

 

Закон Ома — эмпирический физический закон, определяющий связь электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. U/I=R.

 

 

6. Общая характеристика операционных усилителей; неинвертирующий усилитель.

Рис. 11.3. Неинвертирующий усилитель на основе ОУ.

 

Так как Uвх = 0, то ,

.

Коэффициент усиления напряжения также определяется соотношением сопротивлений резисторов R1 и R2. Кроме того, полярность выходного напряжения совпадает с полярностью входного (отсюда название усилителя).

Отличительная особенность неинвертирующего усилителя – высокое входное сопротивление: Rвх = Rвх0(1 + KОУ/KU).

 

 

7. Метод контурных токов расчёта электрических цепей.

Можно уменьшить число уравнений для расчета токов в разветвленной цепи, если составлять уравнения так, чтобы первый закон Кирхгофа выполнялся автоматически. При этом число уравнений будет равно числу независимых контуров, т. е. равно числу уравнений, составляемых по второму закону Кирхгофа.Ток в любой ветви электрической схемы можно представить в виде суммы нескольких токов, каждый их которых замыкается по своему контуру, оставаясь вдоль него неизменным. Такие составляющие действительных токов называют контурными токами.

Рис. 5.2. Иллюстрация к методу контурных токов.

 

I₁₁R₁+(I₁₁–I₂₂)R₂=E₁–E₂.

 

где R11 – сумма сопротивлений всех ветвей, входящих в первый контур; R12 – сопротивление ветви, общей для первого и второго контура; E11 – сумма всех ЭДС, входящих в первый контур.

Соответствующие ЭДС берутся со знаком «минус», если они направлены против направления обхода контура. Аналогичные величины получаются для второго контура.

Обобщая сказанное на любое число контуров, запишем:

. .

Решив эту систему уравнений, получим искомые параметры цепи.

 

 

8. Общая характеристика операционных усилителей; суммирующий усилитель.

Рассмотрим схему сумматора:

Рис. 11.5. Сумматор на основе ОУ

Предположим, что операционный усилитель работает в режиме усиления, тогда Uвх = 0.

Учитывая, что I-=I+=0, получим .

Поскольку Uвх = 0 получим

URj=Uвхj, j=1,…,n; URОС=Uвых.

На основании этих выражений можно получить:

.

Для уменьшения влияния входных токов операционного усилителя в цепь неинвертирующего входа включают резистор с сопротивлением:

Rэ=R1R2…RnRОС.

 

 

9. Метод узловых напряжений расчёта электрических цепей.

Узловыми напряжениями называют напряжения между каждым из узлов и одним произвольно выбранным опорным узлом. Потенциал опорного узла принимается равным нулю. На схеме такой узел обычно отображают как заземленный. В качестве опорного желательно выбирать узел, в котором сходится максимальное количество ветвей.

Расчет сложных электрических цепей методом узловых напряжений производят в следующей последовательности:

1. Вычерчиваем принципиальную схему и все ее элементы.

2. На схеме произвольно выбирают и обозначают опорный узел. В качестве опорного желательно выбирать узел, в котором сходится максимальное количество ветвей.

3. Произвольно задаемся направлением токов всех ветвей и обозначаем их на схеме.

4. Для определения потенциалов остальных узлов по отношению к опорному узлу составляем следующую систему уравнений.

5. Решаем любым методом полученную систему относительно узловых напряжений и определяем их.

6. Далее для каждой ветви в отдельности применяем закон Ома и находим все токи в электрической цепи.

 

 

10. Компаратор - это устройство, предназначенное для сравнения двух входных сигналов. Также это элемент перехода от аналоговых сигналов к цифровым сигналам.

В схеме (рис. 11.6) на неинвертирующий вход подается ноль, а на инвертирующий напряжение U_вх. Входной сигнал имеет синусоидальную форму, а на выходе компаратора сигнал имеет прямоугольную форму (меандр). В компараторе напряжение U_вх сравнивается с нулем и в моменты, когда напряжение U_вх = 0 происходит переключение компаратора.

Рис. 11.6. Схема компаратора нулевого уровня.

 

Из графиков видно, что сдвиг по фазе между входным сигналом и первой гармоникой выходного сигнала составляет 180 градусов (Δφ=p). Если подавать напряжение U_вх на неинвертирующий вход (рис. 11.6), а U_вх=0 на инвертирующий, то такой сдвиг по фазе составляет ноль градусов (Δφ=0).

Компаратор ненулевого уровня.

Рис. 11.7. Схема компаратора ненулевого уровня.

 

В схеме (рис. 11.7) входное напряжение сравнивается с ненулевым опорным напряжением (U_оп≠0). Опорное напряжение подается с резистивного делителя напряжения, выполненного на резисторах R₁ и R₂. Необходимую величину опорного напряжения легко получить с помощью подбора резисторов R₁ и R₂. В моменты, когда входное напряжение сравнивается с опорным напряжением, происходит переключение компаратора. Относительная продолжительность включения g – это отношение продолжительности t₁ состояния выхода компаратора с положительным напряжением U_вых > 0 к периоду T выходного напряжения g=t₁/T. Относительную продолжительность включения можно изменять с помощью регулирования опорного напряжения. Компараторы, представленные на схемах (рис. 11.6, 11.7), имеют ряд недостатков, одним из основных является дребезг выходного напряжения при повышенном уровне шумов во входном сигнале.

 

 

11. Теорема об эквивалентном источнике напряжения.

Теорема об эквивалентном преобразовании источников утверждает, что всякую схему, состоящую из резисторов и источников напряжения и имеющую два вывода, можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из одного резистора R, последовательно подключённого к одному источнику напряжения U. Представьте, как это удобно. Вместо того чтобы разбираться с мешаниной батарей и резисторов, можно взять одну батарею и один резистор (рис. 1.9). (Кстати, известна ещё одна теорема об эквивалентном преобразовании, которая содержит такое же утверждение относительно источника тока и параллельно подключённого резистора).

 

 

Как определить эквивалентные параметры R_экв и U_экв для заданной схемы? Оказывается просто. U_экв - это напряжение между выводами эквивалентной схемы в её разомкнутом (не нагруженном) состоянии; так как обе схемы работают одинаково, это напряжение совпадает с напряжением между выводами данной схемы в разомкнутом состоянии (его можно определить путём вычислений, если схема вам известна, или измерить, если схема неизвестна). После этого можно определить Rэкв, если учесть, что ток в эквивалентной схеме, при условии, что она замкнута (нагружена), равен U_экв/R_экв. Иными словами,
U_экв = U (разомкнутая схема).
R_экв = U (разомкнутая схема)/I (замкнутая схема). Приведённый пример показывает что делитель напряжения не может служить хорошей батареей, так как его выходное напряжение существенно уменьшается при подключении нагрузки. Рассмотрим упражнение 1.9. Вам сейчас известно все, что необходимо для того, чтобы точно рассчитать, насколько уменьшится выходное напряжение, если подключить к схеме нагрузку с определённым сопротивлением. Воспользуйтесь эквивалентной схемой, подключите нагрузку и подсчитайте новое выходное напряжение, учитывая, что новая схема представляет собой не что иное, как делитель напряжения рис. 1.10).

 

12. Сущность аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразования электрических сигналов. Теорема В.А. Котельникова.

В 1933 году В.А. Котельниковым доказана теорема отсчетов [6, 32], имеющая важное значение в теории связи: непрерывный сигнал с ограниченным спектром можно точно восстановить (интерполировать) по его отсчетам , взятым через интервалы , где – верхняя частота спектра сигнала. В соответствии с этой теоремой сигнал можно представить рядом Котельникова [6, 32]:

.

(1.21)

Таким образом, сигнал , можно абсолютно точно представить с помощью последовательности отсчетов , заданных в дискретных точках (рис.1.16).

Обычно для реальных сигналов можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена основная часть его энергии и которым определяется ширина спектра сигнала. В ряде случаев спектр сознательно сокращают. Это обусловлено тем, что аппаратура и линия связи должны иметь минимальную полосу частот. Сокращение спектра выполняют, исходя из допустимых искажений сигнала. Например, при телефонной связи хорошая разборчивость речи и узнаваемость абонента обеспечиваются при передаче сигналов в полосе частот . Увеличение приводит к неоправданному усложнению аппаратуры и повышению затрат. Для передачи телевизионного изображения при стандарте в 625 строк полоса частот, занимаемая сигналом, составляет около 6 МГц.

Из вышесказанного следует, что процессы с ограниченными спектрами могут служить адекватнымиматематическими моделями

многих реальных сигналов.

Функция вида называется функцией отсчетов (рис.1.17).

Она характеризуется следующими свойствами. Если , функция отсчетов имеет максимальное значение при , а в моменты времени ( ) она обращается в нуль; ширина главного лепестка функции отсчетов на нулевом уровне равна , поэтому минимальная длительность импульса, который может существовать на выходелинейной системы с полосой пропускания , равна ; функции отсчетов ортогональны на бесконечном интервале времени.

На основании теоремы Котельникова может быть предложен следующий способ дискретной передачи непрерывных сигналов:

Для передачи непрерывного сигнала по каналу связи с полосой пропускания определим мгновенные значения сигнала в дискретные моменты времени , ( ). После этого передадим эти значения по каналу связи каким - либо из возможных способов и восстановим на приемной стороне переданные отсчеты. Для преобразования потока импульсных отсчетов в непрерывную функцию пропустим их через идеальный ФНЧ с граничной частотой .

Можно показать, что энергия сигнала находится по формуле [6, 32]:

.

(1.24)

Для сигнала, ограниченного во времени, выражение (1.24) преобразуется к виду:

.

(1.25)

Выражение (1.25) широко применяется в теории помехоустойчивого приема сигналов, но является приближенным, т.к. сигналы не могут быть одновременно ограничены по частоте и времени.

 

13. Резисторные делители напряжения.

Дделители напряжения - они основаны на втором законе Кирхгофа. Делитель напряжения применяется, если нужно получить заданное напряжение при условии стабилизированного питания. Сейчас мы поговорим о постоянном токе и резисторных делителях. Самая простая схема - резистивный делитель напряжения. Последовательно с источником напряжения подключаются два сопротивления R₁ и R₂ (см. рис. 6.1).

Рис. 6.1. Идеальный делитель напряжения.

 

В цепи, изображенной на рис. 6.1, протекает одинаковый ток:

.

Откуда

.

Проверяем. Согласно 2-ому закону Кирхгофа:

. (6.1)

Заметим, что деление исходного напряжения E пропорционально сопротивлению одноименного резистора и обратно пропорционально сумме сопротивлений: чем больше сопротивление, тем большая часть исходного напряжения на нем падает.

Коэффициент передачи напряжения при этом рассчитывается как:

K₂=U₂/E=R₂/(R₁+R₂). (6.2)

 

Однако при подключении нагрузки изменяется установившийся режим, поскольку сопротивление R₂ превращается в R_2н=R₂*R_н/(R₂+R_н). Поэтому на расчет и применение делителя напряжения накладываются следующие ограничения:

· Номинал сопротивлений делителя напряжения на резисторах должен быть в 100 - 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки, подключаемой к делителю. В противном случае сопротивление нагрузки уменьшит величину разделенного делителем напряжения.

· Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к большим потерям активной мощности. Через делитель протекают большие токи. Необходимо подбирать сопротивления, чтобы они не перегорали и могли рассеять такую величину отдаваемой энергии в окружающую среду.

· Резисторный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы, индукционные печи.

· Снижение КПД схемы за счет потерь на активных элементах делителя напряжения.

· Для получения точных результатов в делителе напряжения необходимо использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

 

 

14. Последовательный и параллельный способы обработки цифровых сигналов.

В качестве аналогии протекания электрического тока можно привести реку, поток воды. Чем шире русло (проводник), тем больший поток (ток) он может через себя пропустить.

Общий ток, протекающий в электрической цепи, разделяют на две части, чтобы одну из них использовать для выполнения определённой функции.

Делитель тока применяется в измерительных приборах, когда необходимо измерить большой ток (десятки и сотни Ампер) прибором, рассчитанным на маленький ток. В этом случае через амперметр пропускают небольшой ток, а второй резистор в таком случае называют "шунтом" (нагрузка, расположенная параллельно), так как он шунтирует проходящий ток (основная часть тока бежит через него). Шунт в схеме измерения имеет сопротивление, которое намного меньше внутреннего сопротивления измерительного прибора. Кроме того, делитель тока применяется в различных схемах автоматического регулирования, использующих в качестве контролируемого параметра - ток, проходящий через электрическую цепь. Делитель тока может применяться в различных каскадах передачи, или усиления тока, когда один пассивный, или усилительный элемент по своим электрическим параметрам не способен обеспечить прохождение через него большого тока. Примером использования делителя тока является его применение в цепи автоматического регулирования и измерения в Универсальном зарядном устройстве, или в цепи контроля схемы защиты от перегрузки по току и удвоения мощности выходных транзисторов в Универсальном блоке стабилизированного питания. Расчёт делителя тока на резисторах основывается на законе Ома, правиле сложения токов (законе Кирхгофа) и формуле параллельного соединения резисторов:

 

 

15. Резонансные цепи – общая характеристика.

В качестве аналогии протекания электрического тока можно привести реку, поток воды. Чем шире русло (проводник), тем больший поток (ток) он может через себя пропустить. Если поток воды делится на два потока, то большая часть воды пойдет туда, где русло шире - по пути наименьшего сопротивления. В частности, на гидроэлектростанциях всегда имеется два потока - один используется для вращения турбин электростанции, а другой в зависимости от полноводности реки - "сброс", или дополнительный канал отвода воды - водосливную плотину, предназначенную для регулирования уровня воды перед плотиной ГЭС. Делитель тока применяется в измерительных приборах, когда необходимо измерить большой ток (десятки и сотни Ампер) прибором, рассчитанным на маленький ток. В этом случае через амперметр пропускают небольшой ток, а второй резистор в таком случае называют "шунтом" (нагрузка, расположенная параллельно), так как он шунтирует проходящий ток (основная часть тока бежит через него). Шунт в схеме измерения имеет сопротивление, которое намного меньше внутреннего сопротивления измерительного прибора. Кроме того, делитель тока применяется в различных схемах автоматического регулирования, использующих в качестве контролируемого параметра - ток, проходящий через электрическую цепь. Делитель тока может применяться в различных каскадах передачи, или усиления тока, когда один пассивный, или усилительный элемент по своим электрическим параметрам не способен обеспечить прохождение через него большого тока. Примером использования делителя тока является его применение в цепи автоматического регулирования и измерения в Универсальном зарядном устройстве, или в цепи контроля схемы защиты от перегрузки по току и удвоения мощности выходных транзисторов в Универсальном блоке стабилизированного питания.

На рис. 6.4 изображена цепь делителя тока:

Рис. 6.4. Цепь делителя тока.

 

На рисунке видно, что общий входящий ток делится на два, и проходя цепь, снова объединяется в один.

Расчёт делителя тока на резисторах основывается на законе Ома, правиле сложения токов (законе Кирхгофа) и формуле параллельного соединения резисторов:

Закон Ома для этой цепи может быть записан в следующем виде:

Поскольку U₁=U₂=U, можно записать:

.

Откуда

.

. (6.3)

Заметим, что деление исходного тока I_общ пропорционально сопротивлению разноименного резистора и обратно пропорционально сумме сопротивлений: чем больше сопротивление, тем меньшая часть исходного тока через него проходит.

Проверяем:

.

 

 

16. Структурная схема, принцип работы 4-х разрядного цифро-аналогового преобразователя.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) служат для преобразования цифровой информации в аналоговую форму, т. е. выходной сигнал ЦАП в общепринятых единицах измерения тока или напряжения (мВ, В, мА) соответствует численному значению входной кодовой комбинации. Например, при подаче на вход ЦАП кодовой комбинации (в десятичном эквиваленте) равной 150 на его выходе при этом имеется напряжение 1500 мВ, это значит, что изменение значения входной кодовой комбинации (входного числа) на единицу приводит к изменению выходного напряжения на 10 мВ. В этом случае мы имеем ЦАП с шагом преобразования цифровой информации 10 мВ. Величина напряжения, соответствующая одной единице цифровой информации, называется шагом квантования кв ∆U . При подаче на вход ЦАП последовательной цифровой комбинации, меняющейся от 0 до N, на его выходе появится ступенчато-нарастающее напряжение (рис. 1). Высота каждой ступени соответствует одному шагу квантования кв ∆U .Если число входной кодовой комбинации соответствует N, то выходное напряжение Δ . UвыхЦАП = N Uкв ⋅ Таким образом можно вычислить значение выходного напряжения для любой входной кодовой комбинации. Нетрудно убедиться в том, что ∆Uкв является масштабным коэффициентом преобразователя, имеющим размерность тока или напряжения (так как цифровая комбинация на входе ЦАП

размерности не имеет). Обычно, значение ∆Uкв выбирают кратным десяти, что облегчает процесс пересчет соответствия преобразованного и исходного сигналов. Так как ∆Uкв определяет минимальное значение выходного напряжения аналогового сигнала , Uвыхmin = ∆Uкв при выборе его значения необходимо учитывать также шумовые факторы, погрешности усиления масштабирующих усилителей и компаратора.

 

 

17. Понятие и классификация электрических фильтров.

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания напряжений (токов) одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) напряжений токов других частот. Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропускания или полосой прозрачности; диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затухания или полосой задерживания. Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания.

По полосе пропускания фильтры делятся на:

- фильтры нижних частот (ФНЧ): полоса пропускания охватывает область нижних частот, а полоса затухания - область верхних частот;

- фильтры верхних частот (ФВЧ): полоса пропускания охватывает область верхних частот, а полоса затухания - область нижних частот;

- полосовые фильтры (ПФ): полоса пропускания находится в середине диапазона, а нижние и верхние частоты находятся в полосе затухания;

- режекторные фильтры (РФ): полоса затухания находится в середине диапазона, а нижние и верхние частоты находятся в полосе пропускания.

Частота среза - частота, на которой мощность выходного сигнала вдвое меньше мощности входного. Наклон АЧХ - изменение АЧХ при переходе от w₁ к w₂. Наклон АЧХ может измеряться как в В/Гц, так и в относительных единицах Дб/октаву (20lg(A(w₂)/A(w₁)), где w₂/w₁=8) или в Дб/декаду (20lg(A(w₂)/A(w₁)), где w₂/w₁=10). Электрические фильтры делятся также на активные, содержащие усилитель электрических колебаний, и пассивные. В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов. Возможно также применение пассивных RC-фильтров, используемых при больших сопротивлениях нагрузки. По схемам звеньев фильтры делятся на Г-образные, Т-образные, П-образные, мостовые и др.

 

 

18. Частотная модуляция гармонического сигнала.

В случае частотной модуляции синусоидальным сигналом частота колебаний меняется по закону:

w=w₀+D_wcosΩt,

где D_w - девиация частоты. При частотной модуляции полоса частот модулированного колебания зависит от величины b=D_w/Ω - индекса частотной модуляции. В этом случае частотно-модулированное (ЧМ) колебание, так же, как и АМ, состоит из несущей частоты w₀ и двух спутников с частотами w₀+Ω и w₀-Ω. Поэтому при малых b полосы частот, занимаемые АМ и ЧМ сигналами, одинаковы. При больших индексах b спектр боковых частот значительно увеличивается. Кроме колебаний с частотами w₀±Ω появляются колебания, частоты которых равны w₀±2Ω, w₀±3Ω и т. д.

Полная ширина полосы частот, занимаемая частотно-модулированным колебанием с девиацией D_w и частотой модуляции Ω (с точностью, достаточной для практических целей), может считаться равной 2D_w+2Ω, т. е. шире, чем при амплитудной модуляции. Преимуществом частотной модуляции перед амплитудной в технике связи является большая помехоустойчивость. Это качество частотной модуляции проявляется при b>1, т. е. когда полоса частот, занимаемая частотно-модулированным сигналом, во много раз больше 2Ω. Поэтому частотно-модулированные колебания используются для высококачественной передачи сигналов в диапазоне УКВ, где на каждую радиостанцию выделена полоса частот, в 15-20 раз большая, чем в диапазоне длинных, средних и коротких радиоволн, на которых работают радиостанции с амплитудной модуляцией. Частотная модуляция применяется также для передачи звукового сопровождения телевизионных программ. Частотно-модулированные колебания могут быть получены изменением частоты задающего генератора.

Основные преимущества ЧМ, перед АМ — энергоэффективность и помехоустойчивость. Однако, следует отметить, что при низком отношении сигнал/шум преимущества ЧМ перед АМ сходят на нет.

 

 

19. Электрические фильтры верхних частот.

Г- образный фильтр высоких, или низких частот - делитель напряжения, состоящий из двух элементов с нелинейной АЧХ. Для Г-образного фильтра действует схема и все формулы, делителя напряжения. Фильтр высоких частот получается путём замены резистора R₁ делителя напряжения на конденсатор С, обладающий своим реактивным сопротивлением Х_C.

 

Принцип действия: конденсатор, обладая малым реактивным сопротивлением на высоких частотах, пропускает ток беспрепятственно, а на низких частотах его реактивное сопротивление максимально, поэтому ток через него не проходит. Принцип действия: конденсатор, обладая малым реактивным сопротивлением на высоких частотах, шунтирует токи высоких частот на корпус, а на низких частотах его реактивное сопротивление макси