Теоретические основы радиотехники. Часть 3

Астайкин А. И., Помазков А. П.

Теоретические основы радиотехники. Часть третья. Сигналы в радиотехнических цепях.

Саров: ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2004, 400 с. ISBN 5-9515-0041-9

Третья часть курса «Теоретические основы радиотехники» знакомит читателя с методами исследования взаимодействия детерминированных и случайных сигналов с линейными и нелинейными радиотехническими цепями, устройствами и системами. Рассмотрены прохождение сигналов и шумов через частотно-избирательные цепи, принципы усиления, детектирования, параметрического усиления колебаний; цепи с обратной связью и автоколебательные системы (автогенераторы). Рассмотрены принципы фильтрации сигналов, в том числе − основы оптимальной фильтрации.
Книга рассчитана на студентов, аспирантов, инженеров и научных сотрудников, работающих в области радиотехники.

Категория:

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных обозначений

1. Воздействие сигналов на линейные стационарные системы. Методы расчета
1.1. Физические системы и их математические модели
1.1.1. Физическая система и ее математическая модель
1.1.2. Примеры системных операторов
1.1.3. Классификация систем
1.2. Системные операторы
1.2.1. Виды системных операторов
1.2.2. Временны́е характеристики системы
1.2.3. Частотные характеристики системы
1.2.4. Операторные характеристики системы
1.2.5. Методы расчета отклика цепи на входное воздействие
1.3. Классический метод
1.3.1. Сущность классического метода
1.3.2. Общий вид дифференциального уравнения
1.3.3. Решение дифференциального уравнения
1.3.4. Понятие устойчивости динамических систем
1.3.5. Примеры нахождения свободных колебаний
1.3.6. Недостатки классического метода
1.4. Временны́е суперпозиционные методы
1.4.1. Сущность суперпозиционных методов
1.4.2. Метод импульсной характеристики
1.4.3. Метод переходной характеристики
1.4.4. Примеры использования импульсных характеристик
1.5. Спектральный метод
1.5.1. Сущность спектрального метода
1.5.2. Частотный коэффициент передачи
1.5.3. ЧКП как собственное значение оператора линейной стационарной системы
1.5.4. Физический смысл ЧКП и условия реализуемости
1.5.5. Выражение ЧКП через коэффициенты дифференциального уравнения
1.5.6. Нуль-полюсное представление ЧКП
1.5.7. Коэффициент передачи многозвенной системы
1.5.8. Основные формулы спектрального метода
1.5.9. Порядок расчета цепей спектральным методом
1.5.10. Коэффициент передачи по мощности
1.5.11. Некоторые примеры использования спектрального метода
1.5.12. Частотные характеристики цепи
1.6. Операторный метод
1.6.1. Сущность операторного метода
1.6.2. Порядок расчета цепей операторным методом
1.6.3. Операторный коэффициент передачи
1.6.4. Выражение K( p) через коэффициенты дифференциального уравнения
1.6.5. Свойства операторного коэффициента передачи
1.6.6. Формулы обращения
1.6.7. Общий путь нахождения выходного сигнала
1.6.8. Связь между элементарными сигналами
1.6.9. Операторные соотношения для пассивных элементов
1.6.10. Сопоставление четырех методов
1.6.11. Связь между различными характеристиками цепи

2. Прохождение детерминированных сигналов через линейные стационарные частотно-избирательные цепи
2.1. Дифференцирование и интегрирование сигналов
2.1.1. Дифференцирующие и интегрирующие цепи
2.1.2. Простейшие дифференцирующие цепи
2.1.3. Простейшие интегрирующие цепи
2.1.4. Величина модуля коэффициента передачи
2.2. Частотно-избирательные цепи
2.2.1. Понятия избирательности и полосы пропускания
2.2.2. Коэффициент передачи цепи
2.3. Частотные характеристики цепи с одним энергоемким элементом
2.3.1. Схемы простейших RC-цепей
2.3.2. Схемы простейших RL-цепей
2.3.3. Метод дифференциальных уравнений
2.4. Частотные характеристики колебательных контуров
2.4.1. Последовательный колебательный контур
2.4.2. Параллельный колебательный контур
2.4.3. Связанные колебательные контуры
2.5. Частотные характеристики цепей с активными элементами
2.5.1. Биполярные и униполярные транзисторы: принцип работы и эквивалентные схемы
2.5.2. Частотные характеристики цепей с активными элементами
2.6. Частотно-избирательные цепи при широкополосных и узкополосных входных воздействиях
2.6.1. Идеализированная модель ЧИЦ
2.6.2. Понятия широкополосного и узкополосного сигналов
2.6.3. Приближение для узкополосных ЧИЦ
2.6.4. Импульсная характеристика ЧИЦ
2.6.5. Низкочастотный эквивалент ЧИЦ
2.6.6. Выходной сигнал узкополосной ЧИЦ при широкополосном входном воздействии
2.6.7. Выходной сигнал узкополосной ЧИЦ при узкополосном входном воздействии
2.6.8. Метод огибающей при прохождении радиосигналов
2.6.9. Метод огибающей. Спектральный подход
2.6.10. Метод огибающей. Временно́й подход
2.7. Прохождение гармонического сигнала через резонансный усилитель
2.7.1. Резонансный усилитель малых колебаний
2.7.2. Решение операторным методом
2.7.3. Решение во временнóй области
2.7.4. Прохождение радиоимпульса через резонансный усилитель
2.7.5. Прохождение радиоимпульса через двухконтурный усилитель
2.8. Прохождение модулированных радиосигналов через резонансный усилитель
2.8.1. Прохождение радиосигналов с АМ
2.8.2. Прохождение радиосигналов с однотональной угловой модуляцией
2.8.3. Прохождение частотно-манипулированных радиосигналов
2.8.4. Прохождение фазо-манипулированных радиосигналов
2.9. Роль фазовой характеристики

3. Прохождение случайных сигналов через линейные стационарные цепи
3.1. Задачи расчета случайных выходных сигналов
3.1.1. Особенности линейных стационарных систем
3.1.2. Методы расчета случайных выходных сигналов
3.1.3. Задачи расчета случайных выходных сигналов
3.2. Спектральный метод анализа прохождения случайных сигналов
3.2.1. Ограничения на входные случайные процессы
3.2.2. Спектральная плотность мощности входного СП
3.2.3. СПМ и моментные функции выходного СП
3.3. Метод импульсной характеристики
3.3.1. Сущность метода
3.3.2. Непрерывность и сходимость СП
3.3.3. Моментные и корреляционные функции выходного СП
3.4. Прохождение широкополосных СП через узкополосные линейные цепи
3.4.1. Широкополосные и узкополосные СП
3.4.2. СПМ и моментные функции широкополосного СП на выходе узкополосной ЧИЦ
3.4.3. Шумовая полоса узкополосной избирательной системы
3.5. Некоторые примеры прохождения широкополосных СП через линейные стационарные цепи
3.5.1. Воздействие белого шума на линейную систему (общий случай)
3.5.2. Воздействие белого шума на дифференцирующую цепочку
3.5.3. Воздействие белого шума на интегрирующую цепочку
3.5.4. Воздействие белого шума на последовательный колебательный контур
3.6. Нормализация СП линейными системами
3.7. Источники шумов в радиотехнических устройствах
3.7.1. Тепловые шумы резисторов, формула Найквиста
3.7.2. Дробовой шум электронных приборов
3.7.3. Шумы приемных антенн

4. Преобразование сигналов в нелинейных безынерционных цепях
4.1. Нелинейные элементы и их характеристики
4.1.1. Нелинейные элементы и цепи
4.1.2. Внешние характеристики НЭ
4.1.3. Аппроксимация ВАХ
4.1.4. Параметры резистивных НЭ
4.1.5. Задача анализа нелинейных цепей
4.1.6. Обзор методов нелинейной теории
4.2. Некоторые примеры функций аппроксимации ВАХ
4.2.1. Кусочно-линейная аппроксимация
4.2.2. Степеннáя аппроксимация
4.3. Спектральный состав тока на выходе НЭ при внешнем гармоническом воздействии
4.3.1. Общее решение
4.3.2. Ток на выходе НЭ при степеннóй аппроксимации
4.3.3. Ток на выходе НЭ при кусочно-линейной аппроксимации
4.3.4. Нахождение первых коэффициентов Берга
4.3.5. Нелинейные искажения на выходе НЭ
4.4. Нелинейные преобразования суммы двух гармонических сигналов при степеннóй аппроксимации
4.4.1. Определение спектра тока на выходе НЭ
4.4.2. Определение комбинационных частот
4.5. Нелинейные резонансные усилители и умножители частоты
4.5.1. Нелинейные резонансные усилители
4.5.2. Колебательная характеристика усилителя
4.5.3. Энергетические соотношения в резонансном усилителе
4.5.4. Резонансные умножители частоты
4.6. Получение амплитудно-модулированных колебаний
4.6.1. АМ при степеннóй аппроксимации ВАХ
4.6.2. АМ при кусочно-линейной аппроксимации ВАХ
4.7. Преобразование частоты
4.8. Детектирование АМК
4.8.1. Качественная сторона вопроса
4.8.2. Количественный анализ операции детектирования
4.9. Квадратичное детектирование малых колебаний (квадратичный амплитудный детектор)
4.10. Детектирование больших сигналов с углом отсечки θ = 90°
4.11. Амплитудный диодный детектор
4.11.1. Процесс детектирования
4.11.2. Детектирование АМК
4.12. Детектирование колебаний с угловой модуляцией
4.12.1. Детектирование частотно-модулированных колебаний
4.12.2. Детектирование фазо-модулированных колебаний
4.13. Воздействие случайных стационарных сигналов на безынерционные нелинейные цепи
4.13.1. Задачи при исследовании прохождения случайных сигналов через нелинейные цепи
4.13.2. Плотность вероятности на выходе НЦ
4.13.3. Моментные функции выходного стационарного СП
4.13.4. Пример нормального случайного процесса
4.13.5. Нелинейные преобразования узкополосных случайных процессов

5. Преобразование сигналов в линейных параметрических цепях
5.1. Общая характеристика цепей с переменными параметрами
5.1.1. Определение и классификация параметрических цепей
5.1.2. Реализация резистивных параметрических элементов
5.1.3. Реализация реактивных ПЭ
5.2. Спектр сигнала на выходе резистивного ПЭ
5.2.1. Решение для периодического управляющего сигнала
5.2.2. Спектр стробированного сигнала
5.3. Прохождение сигналов через линейные ПЦ
5.3.1. Общая постановка задачи
5.3.2. Определение импульсной характеристики
5.3.3. Передаточная функция ПЦ
5.4. Преобразование сигналов на резистивных ПЭ
5.4.1. Общие принципы преобразования
5.4.2. Синхронное детектирование АМК
5.4.3. Схема простейшего синхронного детектора
5.4.4. Преобразование частоты
5.5. Параметрическое усиление сигналов
5.5.1. Связь между емкостью конденсатора и запасенной энергией
5.5.2. Принцип параметрического усиления колебаний
5.5.3. Схема замещения периодически изменяющейся емкости
5.6. Одноконтурный параметрический усилитель
5.7. Двухконтурный параметрический усилитель
5.7.1. Работа двухконтурного усилителя
5.7.2. Коэффициент усиления и условия устойчивости
5.7.3. Основные преимущества и недостатки ПУ
5.8. Баланс мощностей в многоконтурных ПУ
5.9. Сопоставление параметрических и нелинейных преобразователей сигналов

6. Цепи с обратной связью и автоколебательные системы
6.1. Принцип обратной связи в радиотехнике
6.1.1. Принципы обратной связи
6.1.2. Основные соотношения
6.1.3. Отрицательная и положительная ОС
6.2. Действие обратной связи на систему
6.2.1. Стабилизация коэффициента усиления в прямом канале
6.2.2. Нестабильность в цепи обратной связи
6.2.3. Коррекция частотной характеристики усилителя
6.2.4. Положительная обратная связь в резонансном усилителе
6.2.5. Обратная связь в системах с задержкой
6.3. Устойчивость систем с обратной связью
6.3.1. Постановка задачи
6.3.2. Фундаментальный критерий устойчивости
6.3.3. Алгебраический критерий устойчивости (критерий Рауса – Гурвица)
6.3.4. Частотный (геометрический) критерий устойчивости (критерий Найквиста)
6.4. Автогенераторы гармонических колебаний
6.4.1. Автоколебания, автоколебательные системы
6.4.2. Задачи расчета АГ
6.4.3. Энергетика колебаний, динамическая устойчивость
6.4.4. Баланс амплитуд и баланс фаз в стационарном режиме
6.4.5. Условия самовозбуждения автогенератора
6.4.6. Автогенератор с трансформаторной связью
6.4.7. Трехточечные схемы автогенераторов
6.4.8. Квазилинейная теория АГ – стационарный режим (режим большого сигнала)
6.4.9. Укороченное уравнение АГ
6.4.10. Частота и амплитуда колебаний в установившемся режиме
6.4.11. Мягкий и жесткий режимы самовозбуждения
6.4.12. Второй вид укороченного уравнения АГ
6.4.13. Процесс установления стационарной амплитуды
6.4.14. Зависимость режима самовозбуждения от выбора рабочей точки
6.5. RC-автогенераторы низкочастотных гармонических колебаний
6.5.1. Элементы теории
6.5.2. Типичные схемы RC-автогенераторов
6.6. Понятие отрицательного активного сопротивления и отрицательной активной проводимости для описания АГ
6.6.1. Процесс самовозбуждения и установления колебаний
6.6.2. Самовозбуждение колебаний в АГ
6.6.3. Понятие об отрицательных сопротивлении и проводимости
6.6.4. Основные положения для составления обобщенных схем АГ
6.7. Обобщенные схемы АГ с отрицательной активной проводимостью и стабилизацией частоты высокодобротны резонатором
6.7.1. Модель одноконтурного нестабилизированного АГ
6.7.2. Модели колебательных систем

7. Основы оптимальной фильтрации сигналов
7.1. Постановка задачи об оптимальной фильтрации
7.1.1. Проблема помехоустойчивости канала связи
7.1.2. Общая характеристика сигналов и помех
7.1.3. Теория оптимального приема
7.1.4. Постановка задачи об оптимальной линейной фильтрации
7.2. Отношение сигнал/шум на входе и выходе линейного стационарного фильтра
7.2.1. Отношение сигнал/шум на входе фильтра
7.2.2. Отношение сигнал/шум на выходе фильтра
7.2.3. Отношение сигнал/шум на выходе фильтра для узкополосного сигнала
7.3. Передаточная функция оптимального фильтра
7.3.1. Определение согласованного фильтра
7.3.2. Передаточная функция оптимального согласованного фильтра
7.4. Импульсная характеристика согласованного фильтра
7.4.1. Импульсная характеристика линейного согласованного фильтра
7.4.2. Условия физической реализуемости согласованного фильтра
7.4.3. Согласованный фильтр как коррелятор
7.5. Примеры построения согласованных фильтров для сигналов различной формы
7.5.1. Согласованный фильтр для прямоугольного видеоимпульса
7.5.2. Согласованный фильтр для радиоимпульса
7.5.3. Согласованный фильтр для пачки видеоимпульсов
7.6. Фильтрация сигнала при не белом шуме
7.7. Оптимальная фильтрация случайных сигналов
7.7.1. Постановка задачи и критерии оптимизации
7.7.2. Связь дисперсии сигнала ошибки со спектром мощности
7.7.3. Минимизация дисперсии сигнала ошибки
7.8. Помехоустойчивость систем с амплитудной модуляцией
7.8.1. Вводные замечания
7.8.2. Амплитудный детектор в режиме большого сигнала
7.9. Помехоустойчивость систем при приеме ЧМК
7.9.1. Причина высокой помехоустойчивости систем с ЧМ
7.9.2. Шумовая составляющая во входном ЧМК
7.9.3. Частотный детектор в режиме большого сигнала
Список литературы