Вопросы к экзамену по дисциплине «Основы Радиоэлектроники»

1. Основы направления развития современной радиоэлектроники. Диапазон частот.

2. Структурная схема системы передачи информации. Основные функции.

3. Цепи в радиоэлектронике. Классификация и параметры.

4. Нелинейные элементы и цепи. Изменение спектра сигнала на выходе линейного элемента.

5. Использование методов частотных и переходных характеристик для анализа цепей.

6. Классификация сигналов в радиоэлектронике. Гармонические сигналы и их описание.

7. Спектральный метод анализа электрических цепей. Передачи сигналов без искажений в электрических цепях.

8. Использование ряда Фурье и интегрального преобразования Фурье для анализа сигналов.

9. Избирательные RC и LC схемы. Параметры и назначение.

10. Фильтры в радиоэлектронике (ФНЧ, ФВЧ, ПФ, РФ).

11. Работа биполярного транзистора (БТ) с нагрузкой.

12. Усилитель на БТ в режиме малого сигнала.

13. Способы задания рабочей точки в усилителе на БТ.

14. Влияние температуры на работу усилителя. Температурная стабилизация рабочей точки (КС, ЭС).

15. Усилители с температурной стабилизацией.

16. Усилители на полевых транзисторах (ПТ).

17. Эквивалентные схемы усилителя с ОЭ и ОБ. Расчет параметров усилителей.

18. Характеристики усилителя.

19. Обратные связи в усилителях и генераторах. Основные схемы и соотношения.

20. Влияние отрицательной обратной связи (ООС) на параметры усилителей.

21. Усилитель постоянного тока с ОЭ и эмиттерной стабилизацией (ЭС). Характеристики и параметры.

22. Многокаскадные схемы усилителя постоянного тока (УПТ).. Расчет параметров.

23. Дифференциальные усилители. Параметры и характеристики.

24. Операционные усилители, их основные параметры и схемы включения.

25. Использование ОУ для реализации вычислительных алгоритмов над аналоговыми сигналами.

26. Генераторы гармонических колебаний.

27. Условие баланса фаз и амплитуд . Амплитудные характеристики.

28. LC – генераторы. Трансформация ОС и трехточечные схемы.

29. RC – генераторы. Избирательные RC-цепи и их характеристики.

30. Электронные ключи и их основные характеристики.

31. Электронные ключи на БТ. Передаточная характеристика и параметры быстродействия.

32. Быстродействие ключей на БТ.

33. Ключи на ПТ. Комплиментарный ключ.

34. Логические элементы. Классификация и параметры (РТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ).

35. Логические элементы. ЭСЛ и КМОП.

36. Основные параметры логических элементов и сравнительный анализ.

37. Радиоприёмные устройства и их основные параметры.

38. Детекторный приемник. Приемник прямого усиления.

39. Супергетеродинный приемник. Основные параметры.

40. Структурная схема цифровой системы передачи информации и их элементы.

1. Основы направления развития современной радиоэлектроники. Диапазон частот.

К числу основных направлений современной радиоэлектроники можно отнести:

-Связь (проводная связь, фототелеграфная связь, радиосвязь и т.д.),

-Радиоэлектронная аппаратура широкого применения (это звукозапись, звуковоспроизведение, усилительная аппаратура, радиоприемная аппаратура, телевидение, электронные часы и т.д.),

-Промышленная электроника (управление промышленными процессами, измерительная аппаратура, устройства электропитания, автоматики, телеуправления, медицинская аппаратура и т.д.),

-Вычислительная техника и техническая кибернетика (электронные устройства вычислительной техники, автоматические системы управления, обучающие и контролирующие машины и т.д.),

-Специальная техника (радиолокация, радионавигация, инфракрасная техника, ядерная электроника, биологическая электроника, оптические квантовые генераторы и т.д.).

Из этого списка основных направлений радиоэлектроники можно сделать вывод о многообразии вопросов, которыми в той или иной степени занимается радиоэлектроника.

Деление радиоволн на диапазоны в радиосвязи установлено Международным регламентом радиосвязи. Диапазоны радиоволн и радиочастот называются следующим образом:

Декамегаметровые 100…10 Мм 3…30 Гц

Мегаметровые 10…1 Мм 30…300 Гц

Гектокилометровые 1000…100 км 0,3…3,0 кГц

Мириаметровые 100…10 км 3…30 кГц

Километровые 10… 1 км 30…300 кГц

Гектометровые 1…0,1 км 0,3…3,0 МГц

Декаметровые 100…10 м 3…30 МГц

Метровые 10…1 м 30…300 МГц

Дециметровые 1… 0,1 м 0,3…3,0 ГГц

Сантиметровые 10…1 см 3…30 ГГц

Миллиметровые 1,0…0,1 см 30…300 ГГц

Децимиллиметровые 1,0…0,1 мм 0,3…3,0 ТГц .

Для современной радиоэлектроники характерна тенденция перехода на более короткие волны, т.е. на более высокие частоты. При этом более коротковолновые диапазоны занимают более широкий диапазон частот.

Заметим, что в бытовой практике существует несколько иное распределение волн по диапазонам. Так к длинным волнам относят волны, частоты которых не превышают 500 кГц, к средним волнам – частоты которых находятся в пределах 500…1600 кГц, к коротким волнам – частоты которых лежат в пределах от 1,6 МГц до 30 МГц, к ультракоротким волнам частоты которых лежат в пределах от 30 МГц до 300 МГц и волны СВЧ диапазона, частоты которых превышают 300 МГц. Однако эта классификация не рекомендуется к применению государственными стандартами.

2. Структурная схема системы передачи информации. Основные функции.

Структурная схема системы передачи информации представлена на рис:

Сообщение, как правило, неэлектрического происхождения от источника информации поступает на входной преобразователь, в котором преобразуется в электричес­кий сигнал. Роль входного преобразователя в системах радио­связи и радиовещания выполняет микрофон, в телевизионной системе—передающая телевизионная камера, в системе передачи дискретной информации — телеграфный аппарат, дисплей и др. Входной преобразователь вместе с источником сообщения можно рассматривать как источник электрического сигнала.

Электрический сигнал передается системой, состоящей из ко­дера, передатчика, линии связи, приемника и декодера. Передаю­щее устройство предназначено для преобразования входного сиг­нала в сигнал, пригодный для передачи по линии связи. Назна­чение кодера — преобразовать входной сигнал в соответствии с заданным законом. Например, в системах передачи цифровой информации кодер выполняет преобразование кода: десятичный цифровой сигнал преобразуется в двоичный, к информационному коду добавляется служебный, предназначенный для синхрониза­ции, обнаружения и исправления ошибок, вносимых линией связи.

Сигнал с выхода кодера преобразуется передатчиком в радио­сигнал, пригодный для передачи по линии связи. В состав пере­датчика входят генератор опорного (несущего) колебания, моду­лятор, усилитель мощности.

Радиосигнал с выхода передатчика в виде электромагнитной волны по линии связи попадает на вход приемника. Линия радио­связи включает в себя передающую и приемную антенны и про­странство между ними, а также проводные (кабельные) волноводные и световодные линии связи.

Назначение приемника — принять сигнал, поступающий по линии связи, т. е. выделить сигнал из помех, усилить его и де­тектировать. Сигнал на выходе приемника совпадает по форме с сигналом, подаваемым на вход передатчика.

Декодер осуществляет преобразование, обратное выполняемому кодером. Выходной преобразователь предназначен для представ­ления сообщения в удобной форме, например в системах телефон­ной связи и радиовещания функцию выходного преобразователя выполняют телефоны и громкоговорители, в телевизионной сис­теме—телевизионная трубка —кинескоп с устройствами ее уп­равления, в системах документальной связи — различные пишущие аппараты.

3. Цепи в радиоэлектронике. Классификация и параметры.

Радиотехническое устройство независимо от конструкции и техно­логии его изготовления представляет собой некоторое соединение элементов — резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, транзисторов, диодов, источников электрической энергии и др. Совокупность соединенных определенным образом элементов устрой­ства называется радиоэлектронной цепью.

В теории цепей рассматриваются идеализированные элементы, обладающие каким-нибудь одним свойством— это, например, со­противление, емкость, индуктивность, источники тока и напря­жения.

В зависимости от соотношения длины волны и раз­меров конструкции различают цепи с сосредоточенными и с распределенными параметрами.

Цепи, размеры которых значительно меньше длины волны, счи­таются цепями с сосредоточенными параметрами. В таких цепях сопротивления, емкости и индуктивности сосредоточены в отдель­ных элементах.

Цепи, размеры которых соизмеримы с длиной волны или больше ее, относятся к цепям с распределенными параметрами. Каждый элемент конструкции такой цепи обладает сопротивлением, ем­костью и индуктивностью.

По признаку зависимости параметров элементов цепи от при­ложенных напряжений и протекающих токов различаются линей­ные и нелинейные цепи.

Радиоэлектронная цепь считается линейной, если параметры ее элементов не зависят от токов и напряжений. Примером ли­нейной цепи может быть цепь, состоящая из идеализированных элементов R, L, С, ни одни из которых не зависит от протекаю­щих токов и напряжений. Как следствие линейности цепи, урав­нения, составленные по законам Кирхгофа, являются линейными интегродифференциальными уравнениями. Коэффициенты таких уравнений являются постоянными.

Цепь считается нелинейной, если параметры ее элементов за­висят от токов и напряжений. Такими являются цепи, содержа­щие элементы сопротивления с нелинейными вольт-амперными характеристиками, элементы емкости с нелинейными вольт-кулонными характеристиками и элементы индуктивности с нелинейными ампер-веберными характеристиками, а также реальные радио­электронные цепи с диодами, транзисторами, с резисторами и конденсаторами в виде p-n-перехода.

Математически нелинейные цепи описываются уравнениями с коэффициентами, зависящими от переменных этих уравнений — от токов или напряжений.

Цепи, параметры элементов которых меняются во времени по заданному закону, считаются параметрическими.

По признаку наличия или отсутствия источников электриче­ской энергии внутри цепи различают активные или пассивные цепи.

Активная—это цепь, содержащая внутренние источники энер­гии, например усилитель. Пассивная — это цепь, не содержащая внутренних источников энергии, например цепь, состоящая только из пассивных элементов —резисторов, конденсаторов, индуктив­ных катушек.

4. Нелинейные элементы и цепи. Изменение спектра сигнала на выходе линейного элемента.

Нелинейной считается электрическая цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент.

В общем случае нелинейный элемент цепи характеризуется тем, что его параметры зависят от значения приложенного напря­жения или силы протекающего тока. Типичными примерами не­линейных элементов цепей могут быть диоды, транзисторы, ва­рикапы и др. Нелинейные элементы в теории цепей приближенно характеризуются статическими (для постоянного тока) и диффе­ренциальными (для переменного тока) параметрами.

Для нелинейных и линейных цепей справедливы законы Кирхгофа. Особенность нелинейных цепей в уравнениях, состав­ленных по законам Кирхгофа, отражается зависимостью коэффи­циентов уравнений от воздействий и реакций (напряжений и токов). Такие уравнения считаются нелинейными.

При анализе нелинейных цепей нельзя пользоваться принци­пом суперпозиции, так как параметры цепи при одном источнике отличаются от параметров при нескольких источниках. Нелиней­ные цепи анализируют путем решения в общем случае нелиней­ных дифференциальных уравнений. Ввиду сложности задачи раз­работаны и разрабатывают новые методы численного решения нелинейных уравнений на ЭВМ. На практике часто пользуются различными приближенными методами или ограничиваются только качественными выводами, например имеет или не имеет данная цепь какое-нибудь устойчивое состояние.

Зависимость параметров нелинейных элементов от воздействий и реакций позволяет их применять в качестве элементов с управ­ляемыми параметрами и создать параметрические цепи—цепи, параметры которых изменяются во времени. Коэффициенты уравне­ний параметрических цепей представляют собой функции времени.

Свойства нелинейных и параметрических цепей существенно отличаются от свойств линейных. Основное отличие заключается в возможности преобразования спектра воздействия. Если в спектре реакции линейной цепи не может быть компонентов с частотами, которых не было в воздействии, то реакции нелинейных и пара­метрических цепей могут содержать новые частотные компоненты. Это свойство нелинейных цепей используют для модуляции, де­тектирования сигналов и преобразования частоты, а также для генерирования колебаний, преобразования их формы.