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:- Cd -pojemność dufuzyjna
-rd - oporność dynamiczna
-Cj - pojemność złączowa
--Ld -indukcyjność doprowadzeń
--Rd -oporność doprowadzeń
--Co -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 fT 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 ;
Dwy lub Dwe =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 βu = US / 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 KU + arg βU =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 :
- | KU | >> 1 ; | βU | << 1
- | Ki | >> 1 ; | βU | << 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 KU i βU układu będą takie, że warunek amplitudy będzie spełniony z „nadmiarem”
(KU • βU > 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 | KU | bądź | βU | 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 -Jm / Um = G - uśredniona ujemna konduktancja.
Tn = 6,2/ε; gdzie Tn - 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 ).
Tn = 6,2/ε; gdzie Tn - 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 wo - korzystne warunki generacji
-wartość dobroci Q jest w zasadzie uzależniona od parametrów obwodów drgających LC, natomiast nie jest bezpośrednio uwarunkowana wartością wzmocnienia KUo (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 -Jm / Um + G = 0 mogą być zapisane odpowiednio jako Ku • βu > 1 ; Uom / Usm •βu = 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 CS RS . Dopóki nie ma drgań układ pracuje w klasie A. W wyniku narastania drgań CS ładuje się impulsami prądu siatkowego do wartości bliskiej wartości szczytowej USm 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 Ku =Π na wejściu
-sprzężenie zwrotne arg βU =Π
-aby spełniony był warunek fazy arg Ku +arg βU =2Π
-| KU βU |=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 Cp1 , Cp2 , Cp3 , 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 KU0 ). 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.io = gm • US + gm • US2 + gm • US3 + .... przy modulacji pojedynczym sygn. harmonicznym
2. US = UN + UM =UN sin wS t+ UM 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= 2gm2 / gm •Vm
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: io =gmUS ;US >0
io =0 ; US <0
iomax = gm (UN + UM )= gm (1- cosθ)
Napięcie wyjściowe ma postać:
Uo / R0 =gm UN/Π •(θ - sinθcosθ)= io = gm UM /Π •f(x)
Współczynnik głębokości modulacji dla pojedynczego sygnału harmonicznego: m = 4/Π • UM/ UN
Właściwości:
-małe zniekształcenia nieliniowe
-duże wartości m
46. Porównać właściwości energetyczne modulatora siatkowego i anodowego AM
____Anodowy:
-cha-ka statyczna modulatora : UAM =f (EA )|Rg ,ES ,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: UAM =f (ES )|Rg ,ES ,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 Um (t) i sygnałem modulowanym Ur (t) o dużej amplitudzie w postaci zbliżonej do fali prostokątnej. Funkcja kluczowania γ(t) dla I rodzaju γ = 1 w okresie czasu cosΩr ≥ 0 ; o w pozostałym czasie.
W układzie tym napięcie modulowane Ur (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'(Ωr )i V”( Ωr )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 (gm ) 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 US i U0 . Ponieważ J0 jest w fazie z US i ~ gm zatem impedancja wyjściowa Zm składa się z rezystancji i reaktancji pojemnościowej uzależnionej od gm => może być wykorzystana do przeprowadzenia modulacji.
Właściwości:
-wada: -zależność reaktancji od parametru wzm. (gm ) ; -ogranicza stałość i zwiększa czułość na czynniki destabilizujące
-zastosowanie pojemności Cm ~ gm
-zastosowanie konduktancji wyjściowej Gm ~ gm
-duża i niezależna od gm dobroć zastosowanej Qm i admitancja Ym
-występuje szkodliwy AM
51.Jakie korzyści daje zastosowanie przeciwsobnego, czynnego dwójnika reaktancyjnego w bezpośrednim modulatorze FM.
F0max 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. Cg (poj. wzm. odtłum.) na Ω0 był możliwe mały, poj. Cm + C0 powinna być możliwie duża wobec Cg , wówczas bowiem sprzężenie kwarcu z pozostałą częstotliwością generatora jest słabe i oddziaływanie Cg na Ω0 jest nieznaczne.
Dobór musi być kompromisowy ze względu na wartość osiągalnej względnej dewiacji częstotliwości i stabilizacji. Optymalna stałość Ω0 =>( Rg / Ru )= 4 , wówczas Smax = Q/ Ω0 Cg Rg .
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 =>( Rg / Ru )= 4 , wówczas Smax = Q/ Ω0 Cg Rg .
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 gp = Jp / Um
57.Jak zdefiniowana jest sprawność przemiany częstotliwości. Jak ten parametr kształtuje się w układzie przemiany iloczynowej.
g≈γ[Re + ubb' (1- α0 ) JE ; gwej ≈ gnp. ≈ D(uebu ) γ(1- α0 ) ; gp ≈ (0,2 ÷ 0,3 ) ; geb'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 = U0max / m Usm = cosθ ; θ-kąt przepływu; (dla małych θ→η=100%)
C- szybkość rozładowani > szybkości zmian obwiedni dla Ωmax
59-60.Wyjaśnić zasadę demodulacji sygnału SSB na wybranym przykładzie demodulatora.
U1 (t)= U1 cos(wN + Ω)t
U2 (t)= U2 cos(wN +θ(t))
Ux (t)=a U1 UN coswN t cos (wN + Ω1 )t+ a2 U2 UN coswN t cos (wN + 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= mz /(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/ Ω2min -najmniejsza pulsacja widma zakłócającego AM
Można przyjąć: E= Uc ` + Uc `' = const ; czułość (Uc ` - Uc `')/ (Uc ` + Uc `')=2 U0 / E=const
Dla danej wartości w sygnału wejściowego FM dynamiczne zmiany amplitudy Us 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 Us .
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 τp i amplitudzie Up ; 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)
τp < П/ (w0 + ∆wmax ).Zaleta: bardzo dobra liniowość, czasami ma większą czułość niż dyskryminator np. stosunkowy.