бщие сведения о системах и цепях

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения о системах и цепях

1.1 Классификация электрических цепей

На рис. 1.1 показана электрическая цепь. На ее входе действует известный сигнал . Пусть отклик на выходе цепи удовлетворяет дифференциальному уравнению:

(1.1)

где коэффициенты , и , зависят от параметров элементов цепи. Уравнение (1.1) можно получить, используя, например, правила Кирхгофа.

Рис. 1.1.

Определение. Цепь, описываемая линейным (нелинейным) уравнением (1.1) называется линейной (нелинейной).

Определение. Если коэффициенты уравнения (1.1) зависят от переменных во времени параметров, то цепь называется параметрической (с переменными параметрами), а если не зависят, то - с постоянными параметрами. нелинейный электрический цепь амплитудный

В курсе Линейные системы изучались линейные цепи с постоянными параметрами. Изучение основных методов исследования, принципа действия, а также особенностей и характеристик нелинейных и параметрических цепей, устройств, из которых они состоят, составляет предмет курса Нелинейные системы.

Условные обозначения для элементов разных групп приведены в таблице 1.1, и - сила тока через элемент и напряжение на нем, соответственно.

Пример 1.1. Линейная параметрическая цепь, содержащая угольный микрофон (см. рис. 1.2). Проводимость микрофона под действием звукового давления изменяется с низкой частотой по закону

(1.2)

Если на входе цепи действует высокочастотное гармоническое напряжение , то ток в ней

(1.3)

Ток в (1.3) оказывается амплитудно-модулированным (АМ): - амплитуда колебаний частоты , изменяющаяся с низкой частотой . Спектр тока содержит три компоненты с частотами , и . Две последние во входном воздействии отсутствовали.

Рис. 1.2

Вывод: в параметрических цепях возникают новые спектральные составляющие по сравнению со спектром входного воздействия.

Таблица 1.1

Для линейных цепей с постоянными параметрами, как известно, справедлив принцип суперпозиции. Для линейной параметрической цепи (см. рис. 1.2) при входном сигнале отклик , где и - отклики на действие каждой компоненты входного сигнала.

Вывод. В линейных параметрических цепях имеет место принцип суперпозиции.

Пример 1.2. Пусть и - сигналы на входе и выходе нелинейного элемента с характеристикой

(1.4)

Если на входе такого элемента действует сигнал , то отклик

(1.5)

Отклик (1.5), кроме суммы откликов на действие каждой компоненты воздействия по отдельности, содержит еще компоненту . Она появляется лишь при одновременном действии как , так и . То есть, знание откликов на действие отдельных компонент входного воздействия недостаточно для определения полного отклика на суммарное воздействие.

Пусть на входе действует сигнал . Найдем отклик:

(1.6)

Отклик (1.6) содержит другие спектральные компоненты, которых нет на входе.

Выводы:

В нелинейных цепях возникают новые спектральные компоненты.

Для анализа нелинейных цепей спектральный метод непригоден, как и метод интеграла наложения.

В нелинейных цепях принцип суперпозиции не выполняется.

1.2 Структурная схема системы радиосвязи

В состав системы радиосвязи входит радиопередатчик, радиоприемник и линия связи. Линия связи - это среда между передающей и приемной антеннами. Основные узлы радиопередатчика:

Генератор несущей частоты Г (задающий генератор), выдающий гармонические колебания (сигнал-переносчик ) высокой несущей частоты определенной амплитуды.

Преобразователь низкочастотного сообщения в электрический сигнал , например, - микрофон.

Усилитель низкой частоты (УНЧ), на который подается сигнал с преобразователя, чтобы увеличить мощность сигнала сообщения.

Модулятор , в котором сигнал-переносчик модулируется сигналом сообщения . Модуляция состоит в пропорциональном изменении одного из параметров сигнала-переносчика . Различают три основных вида модуляции: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ). В первом случае модулируют амплитуду сигнала-переносчика, во втором - его частоту , в третьем - начальную фазу его колебаний.

Усилитель высокой частоты (УВЧ), увеличивающий мощность излучаемых передающей антенной колебаний.

Структурная схема передатчика показана на рис. 1.3.

Рис. 1.3

Обычно полезные сигналы на входе приемника весьма слабы. Их мощность Вт, а э.д.с. В. Для надежного выделения посланного сообщения из принятого сигнала надо не только преобразовать принятый сигнал, но и усилить его в раз по мощности или в раз - по напряжению. Отдельные каскады приемника должны обладать высокой избирательностью (включать высокодобротные колебательные контуры) для выделения полезного сигнала от определенного передатчика на фоне помех - шумов и сигналов от других передатчиков. Схема приемника распространенного супергетеродинного типа при использовании амплитудной модуляции сигнала-переносчика показана на рис. 1.4. Основные узлы приемника:

Усилитель высокой частоты (УВЧ), усиливающий слабые принятые сигналы. Он должен обладать низким уровнем собственных шумов, так как следующие каскады тоже могут содержать усилители.

Гетеродин - генератор гармонических колебаний частоты . Разность - промежуточная частота, где . В вещательных приемниках обычно кГц.

Преобразователь частоты ПЧ, в котором при сохранении формы огибающей сигнал более высокой частоты преобразуется в сигнал более низкой частоты . При переходе на другую частоту приема следует перестроить по частоте не только контур УВЧ, но и изменить частоту гетеродина так, чтобы промежуточная частота не изменилась.

Переход на более низкую частоту технически упрощает последующее усиление сигнала в усилителе промежуточной частоты (УПЧ). Нагрузкой в УПЧ служат связанные контуры, АЧХ которых ближе к идеальной (прямоугольной) по форме по сравнению с одиночными контурами. В супергетеродинном приемнике основное усиление сигнала происходит в УПЧ на фиксированной промежуточной частоте.

Детектор Д, осуществляющий демодуляцию, то есть выделение низкочастотного сигнала, несущего переданную информацию, из модулированного ВЧ-сигнала.

Усилитель низкой частоты УНЧ, в котором усиливается полученный низкочастотный сигнал..

Выходное устройство Вых (динамик, наушники в радиотелефонии, буквопечатающий аппарат в радиотелеграфии), преобразующий сигнал в сообщение.

Рис. 1.4

Большинство каскадов передатчика и приемника являются нелинейными устройствами, а часть устройств - параметрические. Например, преобразование частоты - нелинейное параметрическое преобразование. Модуляция и детектирование - нелинейные преобразования. Лучшие малошумящие УВЧ (молекулярные и параметрические) также не являются линейными устройствами. При большом коэффициенте усиления УНЧ работает с нелинейными искажениями. Примерами нелинейных устройств также являются выпрямители, умножители и делители частоты.

Размещено на Allbest.ru