UKŁADY ELEKTRONICZNE - DR BOJARSKI

1.Podać i scharakteryzować kryteria wg których określamy układ jako nieliniowy.

Obwód nieliniowy jest to taki obwód, który nie spełnia kryteriów proporcjonalności i superpozycji. Układ nieliniowy można opisać równaniami różniczkowymi, a nie prostymi zależnościami analitycznymi.

2.Przedstawić właściwości równoległego obwodu LC w stanie rezonansu.

Właściwości:

-impedancja wejściowa bardzo duża,

-spadek napięcia w obwodzie równa się napięciu wejściowemu,

-natężenie prądu płynącego ze źródła do obwodu bardzo małe,

-natężenie prądu między C i L bardzo duże,

-napięcie i prąd zgodne w fazie.

3.Co przedstawia krzywa całkowa drgań, jak jest zdefiniowana płaszczyzna, na której ją przedstawiamy.

Płaszczyzna (x,y)-płaszczyzna fazowa-rozwiązanie równania reprezentuje krzywa całkowa drgań, która w pełni opisuje ruch drgający, w każdym punkcie określa położenie i prędkość tego ruchu

4.Jakie informacje na temat stanu obwodu rezonansowego daje fazowy obraz drgań ( tzw. Krzywa całkowa drgań )- wyjaśnienie zilustrować graficznie.

Płaszczyzna (x,y)-płaszczyzna fazowa-rozwiązanie równania reprezentuje krzywa całkowa drgań, która w pełni opisuje ruch drgający, w każdym punkcie określa położenie i prędkość tego ruchu

5-6.Jak zdefiniowana i co określa liniowa poprawka częstotliwości dla obwodu rezonansowego.

Co określa i od czego zależy wartość liniowej poprawki częstotliwości dla obwodu rezonansowego.

Każde naruszenie bilansu mocy biernych w obwodzie musi pociągnąć za sobą takie zmiany częstotliwości, jakie są konieczne dla przywrócenia równowagi.

Liniowa poprawka częstotliwości dla obwodu równoległego :

Szeregowego :

Przy czym:

Wartość dobroci wpływa na liniową poprawkę częstotliwości dwojako:

-określa stosunek mocy biernej do czynnej ( strat ) w danym elemencie tzn. decyduje w jakim stopniu został naruszony warunek mocy biernych

-określa o ile musi się zmienić częstotliwość by

( warunek ) stan równowagi został przywrócony.

7-8.Omówic niepożądane zjawiska nieliniowe występujące przy przestrajaniu sprzężonych obwodów rezonansowych.

Występują te zjawiska w obwodach drgających, w których równania ch-czne są rzędu czwartego i wyższe.

-przeciąganie częstotliwości-występuje przy ponadkrytycznym sprzężeniu obwodów i które polega na przeskoku pulsacji drgań z w' na w” lub odwrotnie

-przeciąganie amplitudy-występuje przy ponadkrytycznym sprzężeniu obwodów i które polega na przeskoku amplitudy z jednej wartości na drugą lub odwrotnie.

9.Narysować model diody półprzewodnikowej dla bardzo wysokich częstotliwości pracy i opisać jego elementy.

--Podstawowy model diody:- C_d -pojemność dufuzyjna

-r_d - oporność dynamiczna

-C_j - pojemność złączowa

--L_d -indukcyjność doprowadzeń

--R_d -oporność doprowadzeń

--C_o -pojemność obudowy

10.Scharakteryzować statyczny model Gammela-Poona dla tranzystora bipolarnego.

11.Jakie zjawiska w tranzystorze uwzględniają ich modele dynamiczne.

-duża gęstość prądu β maleje f_T maleje

-rezystancje szeregowe

-zjawiska: generacji i rekombinacji

-zjawisko przebić

-efekt Earlego (efekt modulacji napięcia szerokości bazy) warstwa opróżniona złącza kolektorowego wnika w słabo domieszkowany obszar kolektora a wnikając w nierównomiernie domieszkowany obszar bazy napotyka na półprzewodnik coraz silniej domieszkowany . Ch-ka statyczna:

12-13.W jaki sposób i przy jakich warunkach dwójnik typu N można zastąpić modelem czwórnikowym.

14-15.Dlaczego dwójnik typu N i S w układach generatorów powinny współpracować z innymi konfiguracjami obwodów rezonansowych, podać jakimi.

--typ N ( dwójnik o oporze ujemnym uzależnionym napięciowo ) - W miarę narastania drgań wartość bezwzględna konduktancji ujemnej maleje, tzn. maleje oddawana do obwodu moc czynna. Aby ze wzrostem amplitudy drgań stopień odtłumiania malał tzn. pierwiastki równania ch-cznego przemieszczały się z prawej ku lewej półpłaszczyźnie S, dwójnik o oporze ujemnym uzależnionym napięciowo musi współpracować z obwodem selektywnym typu równoległego obwodu rezonansowego, którego admitancja w rezonansie jest rzeczywista i minimalna.

-Typ S ( dwójnik o oporze ujemnym uzależnionym prądowo ) - W miarę narastania drgań wartość bezwzględna konduktancji ujemnej rośnie , tzn. rośnie oddawana do obwodu moc czynna. Aby ze wzrostem amplitudy drgań stopień odtłumiania malał tzn. pierwiastki równania ch-cznego przemieszczały się z prawej ku lewej półpłaszczyźnie S, dwójnik o oporze ujemnym uzależnionym prądowo musi współpracować z obwodem selektywnym typu równoległego obwodu rezonansowego, którego impedancja w rezonansie jest rzeczywista i minimalna.

16.Na czym polega wzbudzenie drgań w dwójnikowym generatorze typu S. Dlaczego wykorzystuje się szeregowy obwód rezonansowy.

Wzbudzenie drgań w dwójnikowym generatorze typu S polega na spełnieniu granicznych warunków oscylacji:

-warunek fazy :

-warunek amplitudy:

Wykorzystuje się szeregowy - patrz 14-15

17. Patrz 14-15

18.Uzasadnić, że opis macierzowy jest opisem uniwersalnym warunków wzbudzenia w generatorze czwórnikowym.

Każdy rodzaj sprzężenia jest równoważny odpowiedniemu sposobowi połączeń czwórnika wzmacniacza k i czwórnika sprzężenia zwrotnego β.

D=d+dβ; k•β=1. Warunkiem analizy macierzowej jest : det D=0; det D=D₁₁•D₂₂- D₁₂ •D₂₁ ;

D_wy lub D_we =0

19.Dlaczego generator czwórnikowy najwygodniej zrealizować w konfiguracji OE + czwórnik typu Π.

Ponieważ obwód taki można maksymalnie uprościć. Na początku należy założyć, że jest spełniony warunek nieskończonej dobroci, tzn. konduktancje obwodu są pomijalne, to wymaga przesunięcia fazy o 180˚ transmitancji β_u = U_S / U₀ może być spełnione, kiedy susceptancje β₁ i β₃ są przeciwnego znaku, przy czym wartość bezwzględna susceptancji sprzęgającej jest mniejsza ( | β₃ |<| β₁ | ). Jeśli tak jest to susceptancja β₂ , uzupełniająca obwód rezonansowy, musi być tego samego znaku co β₁ , a przeciwnego do β₃ - co daje dwie możliwości struktury 1-stopniowego generatora LC z dzielonym obwodem rezonansowym:

-ze sprzężeniem indukcyjnym ( z dzielona pojemnością )- gen. Colpittsa (β₁ , β₂ > 0 ; β₃ <0 )

-ze sprzężeniem pojemnościowym ( z dzieloną indukcyjnością )- gen. Hartleya (β₁ , β₂ <0 ; β₃ >0)

20. Dlaczego korzystna jest realizacja generatora czwórnikowego w układzie : wzmacniacz OE i czwórnik typu Π. Jakie warunki musi spełniać czwórnik.

Ponieważ taki generator można najprościej zrealizować stosując obwody rezonansowe o dzielonych reaktancjach typu Π.

Warunki:

-spełnienie warunku generacji, zastosowanie takiego czwórnika sprzężenia-zwrotnego β , w którym arg K_U + arg β_U =2Π, a z tego wynika struktura generatora:

-1-stopniowy wzmacniacz selektywny odwracający fazę sygnału generowanego o 180˚ jest obciążony dostrojonym do rezonansu obwodem równoległym

-aperiodyczny obwód sprzężenia zwrotnego przesuwa fazę sygnały generowanego o 180˚

-dobroć układu jest duża tzn. konduktancje są pomijalnie małe wobec susceptancji

21. Omówić podstawową konfigurację i warunki wzbudzenia czwórnikowego generatora LC.

Warunki generacji:

-warunek amplitudy może być spełniony na 2 sposoby :

- | K_U | >> 1 ; | β_U | << 1

- | K_i | >> 1 ; | β_U | << 1

-graniczny warunek generacji ( po pewnych uproszczeniach )

det Y= Y₁₁ • Y₂₂ - Y₁₂ • Y₂₁ = 0

-warunek fazy:

det G - det β = 0

-warunek amplitudy ( z uwzględnieniem nierówności zapewniającej „nadmiar niestabilności” )

G₂₁ • β₂₁ + G₁₂ • β₂₁ - G₂₂ • β₂₂ - G₂₂ • β₁₁ ≥ 0

22. Wyjaśnić mechanizm wzbudzania się układu generatora czwórnikowego przy zerowych warunkach początkowych ( po włączeniu zasilania ).

Jeśli w zerowym stanie początkowym parametry małosygnałowe K_U i β_U układu będą takie, że warunek amplitudy będzie spełniony z „nadmiarem”

(K_U • β_U > 1 ) tzn. mac czynna odtłumiająca obwód będzie przewyższała jego moc strat, to dowolnie małe drgania początkowe będą narastały, aż do takiej amplitudy, przy której na skutek nieliniowości układu , wartości uśrednione | K_U | bądź | β_U | zmaleją tak, aby był spełniony warunek równowagi. Odpowiada to początkowemu położeniu pierwiastków równania

ch-nego układu w prawej półpłaszczyźnie S i ich przemieszczeniu się w kierunku osi jw. w miarę narastanie drgań.

23. Jakie możliwości opisu pracy generatora daje metoda wolnozmiennej amplitudy, przedstawić interpretacje graficzną.

Metoda ta oparta jest na założeniu małej nieliniowości i dużej dobroci układu ( małego dekrementu tłumienia bądź odtłumienia drgań ) może być użyta także do badania stanów nieustalonych, np. procesu narastania drgań generatora.

24.Podać założenia i możliwości analityczne metody wolnozmiennej amplitudy w odniesieniu do generatorów.

Istotnym założeniem upraszczającym tej metody jest przyjęcie, że w ciągu 1 cyklu drgań amplituda A(t) zmienia się tak nieznacznie, że można ją uznać za stałą w tym przedziale czasu. Założenie małej nieliniowości i dużej dobroci.

25.Jak można wpłynąć na szybkość narastania drgań w generatorze czwórnikowym. Jak zmienia to warunki pracy generatora.

Na szybkość narastania drgań w generatorze można wpłynąć za pomocą zmiany amplitudy. Wzrost amplitudy powoduje zmniejszenie lokalnego „nadmiaru” częstotliwości, który jest proporcjonalny do szybkości narastania drgań i jeśli nadmiar częstotliwości osiągnie 0 to mamy stan równowagi w którym -J_m / U_m = G - uśredniona ujemna konduktancja.

T_n = 6,2/ε; gdzie T_n - czas narastania ; ε - początkowa wartość niestabilności.

26.Jak na parametry robocze generatora wpływa duża wartość początkowego nadmiaru niestabilności.

Jeśli wartość początkowego nadmiaru niestabilności jest duża to mamy za to mała amplitudę, a co za tym idzie duże odejście od stanu równowagi ( odstrojenie ).

T_n = 6,2/ε; gdzie T_n - czas narastania ; ε - początkowa wartość niestabilności.

27.Jak stopień podziału susceptancji n= β₁ / β₂ wpływa na warunki pracy generatora czwórnikowego.

-aby warunek amplitudy mógł być spełniony dla n>0 konieczne jest by G₂₁ + G₁₂ >0 ; 4 G₁₁ • G₂₂ <<| G₁₁ • G₂₁ |, wniosek ten formuje wymagania, by przy obciążeniu rzeczywistym, tzn. dostrojenie obwodu: wzmacniacz i czwórnik sprzężenia zwrotnego przesuwały fazę o 180˚ każdy.

-jeśli nierówności są zachowane to graniczny warunek amplitudy może być spełniony przy dwóch wartościach n: n ≥ n₂ ≈ G₁₁ / (G₁₂ + G₂₁ ) lub n ≤ n₁ ≈ (G₂₁ + G₁₂ ) / G₂₂ . Wniosek ten umożliwia realizacje warunku amplitudy przy dużym wzmocnieniu napięciowym i małym prądowym lub odwrotnie.

28. Jakie właściwości ma generator czwórnikowy w konfiguracji- aperiodyczny wzmacniacz, selektywny czwórnik sprzężenia zwrotnego.

-sprzężenie zwrotne jest „czysto” dodatnie i najsilniejsze dla pulsacji rezonansowej w_o - korzystne warunki generacji

-wartość dobroci Q jest w zasadzie uzależniona od parametrów obwodów drgających LC, natomiast nie jest bezpośrednio uwarunkowana wartością wzmocnienia K_Uo (tzn. nie zależy w sposób bezpośredni od elementów czynnych )

29.Wymienić i objaśnić czynniki ograniczające zakres pracy generatorów LC.

-maleje aktywność elementu wzmacniającego (transformatora, lampy) - na skutek wpływu czasu przelotu nośników prądu i indukcyjności doprowadzeń

-rośnie udział reaktancji pasożytniczych elementu aktywnego (np. pojemności dyfuzyjnych, złączowych ) przez co dodatkowo pogarsza się stałość częstotliwości

-rosną zniekształcenia nieliniowe ( wpływ reaktancji nieliniowych elementów czynnych ) przez co pogarsza się stałość częstotliwości na skutek dużego wpływu harmonicznych

-rośnie udział parametrów pasożytniczych obwodów (straty) i maleje ich dobroć.

30.W jaki sposób klasa pracy zastosowanego elementu wzmacniającego wpływa na warunki wzbudzenia generatora.

Ch-ki dynamiczne wzmacniaczy klas A, B, C. Odpowiednie warunki samowzbudzenia

;ε>0

I podtrzymanie drgań -J_m / U_m + G = 0 mogą być zapisane odpowiednio jako K_u • β_u > 1 ; U_om / U_sm •β_u = 1.

W przypadku wzmacniacza klasy C generatora nie spełnia warunku samowzbudzenia, choć może podtrzymać drgania. W klasie A i B są spełnione wszystkie warunki.

31. Wyjaśnić, jakie zastosowanie w generatorach czwórnikowych ma układ dynamicznej polaryzacji elementu aktywnego.

W wzmacniaczu mocy stosuje się wzmacniacze pracujące w silnie nieliniowej klasie C. Praca w klasie C ze stałą polaryzacją elektrody sterującej. Cha-ka dynamiczna wykazuje ograniczenia od góry i od dołu. Ograniczenia od dołu wynika z położenia początkowego punktu pracy w zakresie odcięcia prądu. Polaryzacja dynamiczna polega na umieszczeniu na wyjściu obwodu lampy elementów C_S R_S . Dopóki nie ma drgań układ pracuje w klasie A. W wyniku narastania drgań C_S ładuje się impulsami prądu siatkowego do wartości bliskiej wartości szczytowej U_Sm i punkt pracy przesuwa się dynamicznie w kierunku klasy C. Układ ten poprawia pracę generatora, gdyż zmniejsza straty w obwodzie, niestałość amplitudy oraz zawartość harmonicznych - ogólnie mówiąc ogranicza nieliniowość.

32. Jak zmieni się nieliniowa poprawka częstotliwości w obwodzie z dzieloną pojemnością, w porównaniu z prostym obwodem rezonansowym. Wyjaśnić przyczyny tej różnicy.

W obwodzie z dzieloną pojemnością gałąź złożona zachowuje indukcyjny ch-ter zarówno dla podstawowej jak i dla harmonicznych. Na skutek pogarszania filtracji harmonicznych w tym przypadku należy przewidywać, że nieliniowa poprawka częstotliwości będzie ujemna i większa niż w obwodzie nie dzielonym.

33. Dlaczego nieliniowa poprawka częstotliwości jest różna dla obwodu z dzieloną pojemnością i z dzieloną indukcyjnością.

Ponieważ obwód z dzieloną pojemnością ma zawsze nieliniową poprawkę częstotliwości ujemną i nie zależy ona od zastosowanych elementów; a w obwodzie z dzieloną indukcyjnością nieliniowa poprawka częstotliwości zależy od znaku reaktancji. W obwodzie z dzieloną indukcyjnością, jeśli dla danej harmonicznej reaktancja gałęzi złożonej jest tego samego znaku co gałęzi pojedynczej to nieliniowa poprawka częstotliwości jest dodatnia, natomiast w przeciwnym razie ujemna ( ale mała, a nie jak w obwodzie z dzieloną pojemnością ).

34.Scharakteryzować elektroniczne metody poprawy stabilności generatorów LC.

-przez pracę przy małym udziale reaktancji pasożytniczych (zmniejszenie wpływu poprawek liniowych ich zmian)

-przez pracę przy małym i stałym obciążeniu ( zmniejszenie wpływu poprawek nieliniowych i ich niestałości )

-przez pracę na granicy powstawania drgań ( zmniejszenie harmonicznych i nieliniowej poprawki )

-przez pracę z ograniczeniem harmonicznych (zmniejszenie nieliniowej poprawki częstotliwości )

-przez pracę ze wzajemną kompensacją różnych wpływów destabilizacyjnych)

-praca przy dużej dobroci układu( zmniejszenie poprawek : liniowej i nieliniowej )

35.Wyjaśnić, jak realizowane są warunki wzbudzenia drgań w generatorze Kuhn0Hutha i jakie ten układ ma zalety.

Odmiana generatora Hartleya, w którym dzielona indukcyjność stanowi 2 obwody: wejściowy L₁ C₁

Wyjściowy L₂ C₂ , pracujące poniżej rezonasu własnego (stanowią dla pulsacji drgań zastępcze indukcyjności).

Warunki:

-arg K_u =Π na wejściu

-sprzężenie zwrotne arg β_U =Π

-aby spełniony był warunek fazy arg K_u +arg β_U =2Π

-| K_U β_U |=1

36.Na czym polega metoda poprawy stabilności zastosowana w generatorze Clappa. Jakie są ograniczenia tej metody.

Dla poprawy stabilności korzysta się z właściwości szeregowych lub równoległych połączeń reaktancji przeciwnego znaku. p= L₃ / L₀ ; G₃ = G₀ / p² . Wraz ze zmniejszeniem L₃ i p oraz wzrostem poj. C₁ i C₂ obwodu, maleje udział poj. pasożytniczych C_p1 , C_p2 , C_{p3 ,} tzn. maleje poprawka częstotliwości. Im mniejsza wartość p tym lepsza stałość częstotliwości. Wartości p nie można dowolnie zmieniać, gdyż zmniejszenie L₃ powoduje powstanie G₃ , które silnie obciąża układ.

37.Na czym polega zastosowanie kompensacji jako metody poprawy jakości pracy generatora.

Przy odpowiednim doborze układu i jego parametrów istnieje możliwość wzajemnej kompensacji zmian częstotliwości spowodowanych czynnikami destabilizującymi. Jak każda, tak więc i ta metoda jest czuła na zmiany wartości parametrów i zmiany układowe, dlatego też zastosowanie jej jest ograniczone. Przykład zastosowania układowego to generator złożony Colpittsa-Hartleya.

38.Przedstawić przykład rozwiązania i właściwości generatora z fazowym przesuwnikiem RC.

Właściwości:

-zawartość harmonicznych jest mniejsza w układzie z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego niż w samym tylko wzmacniaczu, oraz na wyjściu generatora w porównaniu z wejściem

-efektywna dobroć obwodu jest bardzo mała ( Q < 1 ) co wynika z aperiodycznego ch-ru przesuwnika fazowego.

39.Omówić właściwości generatora RC z przesuwnikiem fazy. Dlaczego stosuje się trzy lub więcej ogniw przesuwnika.

Charakteryzuje się małą dobrocią, małą stabilnością częstotliwości, dużą zawartością harmonicznych, trudnością zapewnienia ograniczenia amplitudy, trudnością strojenia. W układach więcej sekcyjnych przesunięcie fazy przypadające na 1 sekcję jest mniejsze od tłumienia wnoszonego przez przesuwnik dla częstotliwości generacji i wzmocnienie wzmacniacza może być zredukowane.

40. Dlaczego w generatorach RC stosuje się zewnętrzny układ ograniczenia amplitudy. Podać przykładowy schemat rozwiązania.

Wzmacniacz aperiodyczny stanowiący część składową gen. RC musi pracować w klasie A, zatem niezbędne ograniczenie amplitudy musi być zrealizowane poza nim, w pętli sprzężenia zwrotnego np. przez zastosowanie nieliniowego obwodu sprzężenia. Generator RC z mostkiem Viena ( nieliniowym sprzężeniem zwrotnym).

41-42. Co jest przyczyną różnej zawartości harmonicznych na wejściu i wyjściu elementu wzmacniającego w generatorze mostkowym RC.

Na wyjściu zawartość harmonicznych jest mniejsza i proporcjonalna do wartości ε ( tzn. odwrotnie proporcjonalna do wartości Q lub wzmocnienia K_U0 ). Zawartość harmonicznych na wejściu generatora = Wy wzmacniacza.

43. Wyjaśnić graficznie i opisać zasadę działania kwadratowego modulatora amplitudy. Przedstawić właściwości tego typu modulacji.

Ch-ka robocza modulatora:

1.i_o = g_m • U_S + g_m • U_S² + g_m • U_S³ + .... przy modulacji pojedynczym sygn. harmonicznym

2. U_S = U_N + U_M =U_N sin w_S t+ U_M cos w₀t

Podstawić II do I i dostaniemy prąd i₀ o bardzo bogatym widmie częstotliwości z którego selektywny filtr wyjściowy (np. obwód rezonansowy) wyselekcjonuje składową o pulsacji w₀ i najbliższe jej w₀ ±Ω, w₀ ±2Ω Na wyjściu filtru:

Współczynnik głębokości modulacji m= 2g_m2 / g_m •V_m

Właściwości:

-małe amplitudy, aby punkt pracy nie wychodził poza zakres zakrzywienia,

-ograniczona głębokość modulacji,

-duże zniekształcenia nieliniowe

-rzadko stosowana.

44. napisać i uzasadnić warunki doboru spoczynkowego punktu pracy w kwadratowym modulatorze AM.

-punkt pracy Q jest wybrany na zakrzywieniu ch-ki roboczej elementu nieliniowego (będącej prawą połową paraboli), w punkcie największej nieliniowości

-amplitudy (małe) są tak dobrane, aby punkt pracy nie wychodził poza zakres zakrzywienia

-wartość amplitud napięć sięgają około dziesiątków mV

-fala nośna wytwarzana jest przez składnik liniowy ch-ki

-boczne wstęgi-przez składnik nieliniowy II rzędu.

45.Przedstawić sposób działania i właściwości liniowego modulatora AM.

Początkowy punkt pracy jest wybrany na załamaniu ch-ki roboczej elementu nieliniowego, zaś amplitudy (duże) rzędu V. Są tak dobrane by zakrzywienie w otoczeniu punktu spoczynkowego Q nie odgrywało istotnej roli, ch-ka robocza modulatora: i_o =g_mU_S ;U_S >0

i_o =0 ; U_S <0

i_omax = g_m (U_N + U_M )= g_m (1- cosθ)

Napięcie wyjściowe ma postać:

U_o / R₀ =g_m U_N/Π •(θ - sinθcosθ)= i_o = g_m U_M /Π •f(x)

Współczynnik głębokości modulacji dla pojedynczego sygnału harmonicznego: m = 4/Π • U_M/ U_N

Właściwości:

-małe zniekształcenia nieliniowe

-duże wartości m

46. Porównać właściwości energetyczne modulatora siatkowego i anodowego AM

____Anodowy:

-cha-ka statyczna modulatora : U_AM =f (E_A )|R_g ,E_S ,R₀

-duża i niezależna od głębokości modulacji sprawność wzmacniacza modulowanego dostarczającego do obwodu wyjściowego moc średnią= mocy fali nośnej P₀

-duża moc wymagana od wzmacniacza modulującego, który dostarcza do obwodu wyjściowego moc średnią równą mocy wstęgi bocznej m² / 2 P₀

- równorzędna max moc strat lamp użytych w obu wzmacniaczach.

____Siatkowy:

-ch-ka statyczna modulatora: U_AM =f (E_S )|R_g ,E_S ,R₀

-sprawność modulatora siatkowego jest mniejsza niż wzmacniacza kl. C (lub modulatora anodowego) i zależy od max i średniej wartości mocy.

-znikoma moc jaką musi dostarczyć wzmacniacz modulujący. Kompensuje to w znacznym stopniu gorsze właściwości energetyczne wzmacniacza modulowanego z modulacją siatki

Modulator siatkowy stosowany jest w urządzeniach niższej jakości i niezbyt dużej mocy.

47. Wyjaśnić działanie modulatora kluczowanego I rodzaju przy formowaniu sygn. AM o niepełnym widmie.

Zasadniczym podzespołem tego modulatora jest układ kluczujący, który zasilany jest sygnałem modulującym U_m (t) i sygnałem modulowanym U_r (t) o dużej amplitudzie w postaci zbliżonej do fali prostokątnej. Funkcja kluczowania γ(t) dla I rodzaju γ = 1 w okresie czasu cosΩ_r ≥ 0 ; o w pozostałym czasie.

W układzie tym napięcie modulowane U_r (t) równocześnie wprowadza wszystkie diody w stan przewodzenia albo w stan zaporowy co pozwala ich działanie utożsamić z zespołem synchronicznie zamykanych kluczy. Przy synchronicznie wykorzystanych transformatorach napięcia V'(Ω_r )i V”( Ω_r )na zaciskach wejściowych są zerowe.

48. brak odp.

49.Jakie niekorzystne właściwości mają bezpośrednie modulatory FM.

-niestałość średniej pulsacji nośnej w₀ . Nie można jej skutecznie wystabilizować przez zastosowanie nie przestrajalnych generatorów o dużej stałości częstotliwości (np. kwarcowych), zabieg taki byłby sprzeczny z samym zadaniem modulatora częstotliwości

-każda zmiana pulsacji średniej w₀ wynikła z niestałości może naruszyć przyjęte dla systemy FM tolerancje ±3Hz

-każda zmiana pulsacji średniej w₀ wynikła z niestałości może być źródłem fałszywego sygnału

-zależność reaktancji od parametrów elementu wzmacniającego (g_m ) co ogranicza jej stałość i zwiększa czułość na czynniki destabilizujące

-dwójniki stosowane w modulatorze bezpośrednim ch-zują się małą czułością, dużymi stratami (w.cz), silna wrażliwością ch-k.

50.Omówić sposób pracy i właściwości bezpośredniego modulatora FM z czynnym dwójnikiem reaktancyjnym.

W modulatorach tych stosuje się czynny dwójnik reaktancyjny stanowiący element wzmacniający z reaktancyjnym sprzężeniem zwrotnym, tak dobranym, aby jego admitancja wyjściowa była reaktancją zależną od wzmocnienia układu.

Np.:

Jeśli wRC<< 1 to w obwodzie sprzężenia zwrotnego występuje przesunięcie fazy bliskie 90º pomiędzy U_S i U₀ . Ponieważ J₀ jest w fazie z U_S i ~ g_m zatem impedancja wyjściowa Z_m składa się z rezystancji i reaktancji pojemnościowej uzależnionej od g_m => może być wykorzystana do przeprowadzenia modulacji.

Właściwości:

-wada: -zależność reaktancji od parametru wzm. (g_m ) ; -ogranicza stałość i zwiększa czułość na czynniki destabilizujące

-zastosowanie pojemności C_m ~ g_m

-zastosowanie konduktancji wyjściowej G_m ~ g_m

-duża i niezależna od g_m dobroć zastosowanej Q_m i admitancja Y_m

-występuje szkodliwy AM

51.Jakie korzyści daje zastosowanie przeciwsobnego, czynnego dwójnika reaktancyjnego w bezpośrednim modulatorze FM.

F_0max osiąga zadowalające wartości przy pracy w nasyceniu i użyciu równocześnie tranzystorów p-n-p i n-p-n

-częstotliwość F₀ może być dobierane przez dobór pojemności RC

-na wyjściu U₀ jest dostępna symetryczna fala prostokątna o modulowanej częstotliwości podstawowej.

52.Scharakteryzować metody stabilizacji częstotliwości środkowej w bezpośrednich modulatorach FM.

-automatyczna regulacja częstotliwości (ARC). Sygnał wyjściowy z modulatora o pulsacji średniej Ω, jest wraz z sygnałem Gw o pulsacji Ω₀ mieszany w mieszaczu na którego wyjściu filtr wybiera sygnał o pulsacji Ω₀ - Ω i po zamianie w detektorze częstotliwości na U₀ ~ Ω₀ - Ω, doprowadzane jest ono czynnym dwójnikiem reaktancyjnym zamykając pętlę β - przeciwdziała zmianom częstotliwości środkowej.

-generatory kwarcowe- używany jako stopień modulowany, zapewnia w ten sposób stałość średniej częstotliwości. Aby wpływ poj. C_g (poj. wzm. odtłum.) na Ω₀ był możliwe mały, poj. C_m + C₀ powinna być możliwie duża wobec C_g , wówczas bowiem sprzężenie kwarcu z pozostałą częstotliwością generatora jest słabe i oddziaływanie C_g na Ω₀ jest nieznaczne.

Dobór musi być kompromisowy ze względu na wartość osiągalnej względnej dewiacji częstotliwości i stabilizacji. Optymalna stałość Ω₀ =>( R_g / R_u )= 4 , wówczas S_max = Q/ Ω₀ C_g R_g .

53. Jak można wykorzystać rezonator kwarcowy do stabilizacji częstotliwości środkowej w bezpośrednim modulatorze FM. Jakie są właściwości tego rozwiązania.

Generator kwarcowy może być wykorzystany w procesie modulacji FM zapewniając dużą stałość pulsacji średniej Ω₀ . Dzieje się to jednak kosztem dewiacji częstotliwości, która w układach tego typu jest z reguły mniejsza niż w ich odpowiednikach z generatorami nie stabilizowanymi kwarcem. Trudność tę można jednak pokonując stosując odpowiednie zwielokrotnienie wartości względnej dewiacji częstotliwości, np. przez zastosowanie w systemie FM dodatkowych operacji powielania i mieszania częstotliwości.

Optymalna stałość Ω₀ =>( R_g / R_u )= 4 , wówczas S_max = Q/ Ω₀ C_g R_g .

Właściwości:

-duża stałość Ω₀

-dewiacja częstotliwości w układach tego typu jest mniejsza

-im wyższy stopień stałości częstotliwości generatora kwarcowego tym w mniejszym zakresie może on być przestrojony.

54.Przedstawić możliwości wykorzystania innych rodzajów modulacji do wytworzenia przebiegu FM, jakie to ma zalety.

-pośrednia modulacja fazowa- jeśli sygnał modulujący zostanie poddany scałkowaniu, tzn. w jego tor zostanie włączony korektor o f. Przenoszenia K(jw.)=1/jw. Ponieważ modulatory fazowe umożliwiają uzyskanie liniowej dewiacji fazy w granicach do kilku rd konieczne jest stosowanie powielacza częstotliwości.

Drogą powielania otrzymujemy

k- odnosi się do parametrów o k- krotnie powielonej częstotliwości.

Konieczne jest również mieszania częstotliwości w trakcie, którego widmo sygnału zmodulowanego skupione wokół pierwotnej pulsacji nośnej zostaje przesunięte na osi częstotliwości.

-AM + PM

W celu wykorzystania w modulatorze pośrednim PM należy przeprowadzić niezbyt głęboką AM, a następnie odwrócić fazę fali nośnej względem faz wstęg bocznych o 90˚, zsumować je z falą nośną po czym zastosować odpowiednie środki w celu uzyskania odpowiednio dużej dewiacji częstotliwości. Przejście z PM na FM jest dokonywane przez zastosowanie korektora całkującego w torze sygnały modulującego

Zalety:

-duża stałość średniej pulsacji nośnej w₀

-eliminacja pasożytniczej AM (jak w bezpośrednich)

55. Przedstawić sposób formowania modulacji FM w modulatorze Aemstronga (rysunek). Jakie zalety i wady ma ta metoda.

1.gen.kwarcowy 2.korektor 3.przesuwnik fazy 90 stopni

4.model zrównoważonej AM (bez nośnej)

5.sumator 6.powielacz 7.gen.kwarcowy

8.mieszacz 9.powielacz 10.wzm. mocy

Zalety:

-wszystkie zastosowane gen. Nie są przestrajane dzięki czemu mogą być odpowiednio stabilizowane (np. kwarcem)

-duża stałość częstotliwości średniej

Wady:

-duży stopień rozbudowania układu

-konieczność wielokrotnego powielania częstotliwości (64razy 96)

56.Zdefinioawać nachylenie przemiany. Jakie warunki powinien spełniać układ idealnego mieszacza częstotliwości - uzasadnić.

Nachylenie przemiany (transkonduktancja wzajemna) - stosunek amplitudy wyjściowej prądu przemiany do amplitudy napięcia wejściowego przemiany g_p = J_p / U_m

57.Jak zdefiniowana jest sprawność przemiany częstotliwości. Jak ten parametr kształtuje się w układzie przemiany iloczynowej.

g≈γ[Re + u_bb' (1- α₀ ) J_E ; g_wej ≈ g_np. ≈ D(u_ebu ) γ(1- α₀ ) ; g_p ≈ (0,2 ÷ 0,3 ) ; g_eb'max - sprawność przemiany

58.Wyjaśnić zasadę pracy szczytowego modulatora AM, jak należy dobrać wartości wyjściowych elementów układu (schemat, przebiegi czasowe, zależności).

Wejściowy przebieg w.cz jest prostowany w prostowniku szczytowym, z tą różnicą, że jego amplituda jest zmniejszana w czasie proporcjonalnie do obwiedni sygnału zmodulowanego.

Stała czasowa spełnia w₀ RC >> 1 ; Składowa m.cz prądu i napięcia

Sprawność detektora η = U_0max / m U_sm = cosθ ; θ-kąt przepływu; (dla małych θ→η=100%)

C- szybkość rozładowani > szybkości zmian obwiedni dla Ω_max

59-60.Wyjaśnić zasadę demodulacji sygnału SSB na wybranym przykładzie demodulatora.

U₁ (t)= U₁ cos(w_N + Ω)t

U₂ (t)= U₂ cos(w_N +θ(t))

U_x (t)=a U₁ U_N cosw_N t cos (w_N + Ω₁ )t+ a₂ U₂ U_N cosw_N t cos (w_N + Ω₂ )t

Demodulacja pojedynczej wstęgi bocznej. Zastosowanie w telefonii.

62.Jak można wykorzystać pojedynczy obwód rezonansowy do demodulacji FM (rys. i wyjaśnienie). Dlaczego nie jest stosowane w praktyce.

Obwód liniowy powinien mieć zbliżoną do liniowej ch-kę częstotliwościową. Niepożądana AM wywołuje zakłócenie, którego stosunek do sygnału na wyjściu m₂ /m= m_z /(Q ∆w/w).

Nie stosuje się w praktyce, gdyż układ ch-zuje się słabą liniowością, stosunkowo małą czułością, dużą wrażliwością na nieporządną AM.

63.Przedstawic schemat i zasadę pracy demodulatora stosunkowego FM.

Stała czasowa 2 C₀ R >>1/ Ω_2min -najmniejsza pulsacja widma zakłócającego AM

Można przyjąć: E= U_c ` + U<sub>c</sub> `' = const ; czułość (U_c ` - U<sub>c</sub> `')/ (U_c ` + U<sub>c</sub> `')=2 U₀ / E=const

Dla danej wartości w sygnału wejściowego FM dynamiczne zmiany amplitudy U_s nie powodują zmian napięcia wyjściowego m.cz U₀ , bo J₀ płynący przez obie diody jest ustabilizowany: J₀ =E/2R=const. Napięcie wyjściowe detektora AM jest niezależne od dynamicznych zmian amplitudy U_s .

64.Przedstawić zasadę pracy (przebiegi czasowe) impulsowego demodulatora FM i zaproponować schemat blokowy układu. Jakie to rozwiązanie ma zalety.

Jeśli chwilach przejścia (Ω) przez zero z - na + lub + na - zostaną wytworzone standardowe impulsy o jednakowych szerokościach τ_p i amplitudzie U_p ; to liczba tych impulsów w jednostce czasu będzie odpowiadała liczbie przejść przez zero przebiegom FM tzn. jego f wartość średnia napięcia ciągu impulsów będzie odtwarzała zmiany pulsacji w (sygnał modulujący)

τ_p < П/ (w₀ + ∆w_max ).Zaleta: bardzo dobra liniowość, czasami ma większą czułość niż dyskryminator np. stosunkowy.

---