Переходные процессы в селективных цепях РПрУ

Для оценки линейных искажений в радиоприёмных устройствах (РПрУ) непрерывных сигналов при визуальной регистрации может быть использована переходная характеристика, под которой понимают зависимость выходного напряжения от времени при подаче на вход радиосигнала, модулированного сигналом в виде единичной ступенчатой функции. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и переходная характеристики усилителя однозначно связаны друг с другом. Области верхних частот соответствует переходная характеристика в области малых времён, области нижних частот – переходная характеристика в области больших времён. На риc. 1 представлена примерная форма выходного импульса, характеризующая основные виды искажений: время запаздывания сигнала tз, длительность переднего фронта (время нарастания) tн, длительность заднего фронта (время спада) tс, максимальный выброс характеристики ΔU над установившимся значением Uуст.

Рис. 1

Следует учитывать, что при переходных процессах могут возникать также переходные искажения, сопровождающиеся появлением посторонних комбинационных составляющих в выходном сигнале, обусловленных взаимодействием свободных (собственных) и вынужденных (под воздействием входного сигнала) колебаний в звеньях тракта, которые не всегда имеют одинаковые частоты. Эти искажения возникают при быстрых изменениях уровня входного сигнала и наличии инерционности устройств обработки информации.

На рис. 2 представлены схемы наиболее распространённых в РПрУ простейших инерционных цепей и их амплитудно-частотные характеристики.

а

б

в

г

а - параллельный контур; б - АЧХ параллельного контура; в - двухконтурный фильтр; г - АЧХ двухконтурного фильтра

Рис. 2 - Простейшие инерционные цепи

На рис. 3 показаны переходные процессы в одиночном параллельном колебательном контуре и в цепи, содержащей два связанных параллельных контура. Хорошо видно, что при гармоническом немодулированном входном сигнале в случае одиночного параллельного контура во время переходного процесса форма выходного сигнала приобретает вид амплитудно-модулированного колебания (рис. 3,а) с синусоидальной огибающей, частота которой равна разностной (комбинационной) частоте собственных колебаний Fо=500 кГц и вынужденных (входных) колебаний Fв=470 кГц: примерно 500−470=30 кГц. Спектр амплитудно-модулированного сигнала, как известно, содержит три составляющие. В данном случае, так как взаимодействуют только две составляющие, то кроме изменения амплитуды происходит и изменение фазы суммарного сигнала во времени. С течением времени собственные колебания затухают и характер процесса приобретает установившийся вид, соответствующий вынужденным колебаниям, т.е. входному немодулированному сигналу.

а

б

а - переходной процесс для напряжения на параллельном контуре при немодулированном входном сигнале; б - переходной процесс на выходе двухконтурного фильтра при немодулированном входном сигнале

Рис. 3 - Переходные процессы в простейших цепях

На выходе двухконтурного фильтра даже при немодулированном входном сигнале огибающая имеет более сложную несинусоидальную форму из-за бóльшего числа собственных колебаний. Соответственно и спектр выходного сигнала во время переходного процесса будет иметь бóльшее число составляющих, а огибающая - бóльшее число комбинационных составляющих.

1. Переходной процесс в линейных инерционных цепях сопровождается появлением собственных колебаний, которых не было в спектре входного сигнала.

2. Во время переходного процесса в линейных инерционных цепях не возникают гармоники вынужденных и собственных колебаний.

3. При взаимодействии собственных и вынужденных колебаний возникают комбинационные составляющие, формирующие огибающую амплитуд изменяющегося во времени суммарного колебания.

4. При линейном амплитудном детектировании новые составляющие спектра огибающей появляются и на выходе детектора и исчезают по окончании переходного процесса в цепи.

Формированию огибающей переходного процесса на колебательном контуре с добротностью Q и резонансной частотой Fo при подаче гармонического немодулированного колебания Fс на вход посвящена представленная ниже интерактивная программа.

Амплитуда: |
Q: |
Fo, кГц: |
Fc, кГц: |

Для демонстрации нажать кнопку "Старт". Расчёт заканчивается через 1 мсек или после нажатия кнопки "Стоп". Все параметры (кроме Fo) доступны для редактирования .

1. Вектора зелёного цвета - вектора сигналов входного и на контуре, которые для упрощения зафиксированы на плоскости с начальной фазой. Фаза сигнала на контуре зависит от расстройки частот контура Fo и входного сигнала Fc.

2. Вращающийся вектор красного цвета - вектор собственных затухающих колебаний контура, частота вращения которого определяется разностью частот настройки контура Fo и входного сигнала Fc.

3. Вектор синего цвета - суммарный вектор вынужденных (входного сигнала на контуре) и собственных затухающих колебаний контура.

4. Осциллограмма синего цвета отображает переходной процесс на колебательном контуре.

5. Параметр "Амплитуда" определяет уровень несущего колебания.

Представленная ниже интерактивная программа посвящена формированию огибающей переходного процесса на колебательном контуре при подаче амплитудно-модулированного колебания с частотой модуляции Fmod и глубиной модуляции m на вход.

Амплитуда: |
Q: |
Fo, кГц: |
Fc, кГц: |
m, %: |
Fmod, Гц: |

Для демонстрации нажать кнопку "Старт". Расчёт заканчивается после нажатия кнопки "Стоп".

1. Вектора розового цвета - вектора несущих составляющих входного сигнала и на контуре, которые для упрощения зафиксированы на плоскости с начальной фазой. Фаза вектора несущей на контуре зависит от расстройки частот контура Fo и входного сигнала Fc.

2. Вращающиеся вектора коричневого цвета - вектора составляющих боковых полос, частота вращения которых определяется частотой модуляции Fmod, а начальные фазы определяются фазо-частотной характеристикой контура.

3. Вращающийся вектор зеленого цвета - суммарный вектор боковых частот.

4. Вектор красного цвета - суммарный вектор боковых частот и несущей.

5. Вращающийся вектор бирюзового цвета - вектор собственных затухающих колебаний контура, частота вращения которого определяется разностью частот настройки контура Fo и входного сигнала Fc.

6. Вектор синего цвета - суммарный вектор вынужденных (входного сигнала на контуре) и собственных затухающих колебаний контура.

7. Осциллограмма синего цвета отображает переходной процесс на колебательном контуре.

8. Параметр "Амплитуда" определяет уровень несущего колебания.

Серия "Интерактивные учебные пособия"

Переходные процессы в селективных цепях РПрУ

Описание

Электронное учебное пособие в формате EPUB-3. Версия от 30.05.2017 г. Разработчик - Курочкин А.Е., доцент кафедры ИРТ БГУИР. Пособие предназначено для студентов факультета радиотехники и электроники, изучающих классические радиоприёмные устройства.

Для корректного отображения формул в MathML и элементов HTML5 рекомендуется персональный компьютер с ОС Windows и программным ридером AZARDI.