Программа, методические указания и контрольная работа для студентов ФАВТ заочного и вечернего обучения по специальности 210312 «Аудиовизуальная техника» (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Кафедра видеотехники

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ

Программа, методические указания и контрольная работа

для студентов ФАВТ заочного и вечернего обучения

по специальности 210312 «Аудиовизуальная техника»

Санкт-Петербург

2007

СОДЕРЖАНИЕ

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ 3

2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4

3.ТЕМАТИКА ЛЕКЦИЙ 8

4.ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ И УПРАЖНЕНИЯ 8

5.ЛИТЕРАТУРА 8

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 9

7.КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 20

8.РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 32

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

«Радиотехнические цепи и сигналы» (РЦС) является одной из общепрофессиональных дисциплин, предназначенной для подготовки студентов к изучению аудио - и видеотехники, грамотной ее эксплуатации и проектно-конструкторской работе в области создания и совершенствования устройств передачи и преобразования сигналов, применяемых в видеотехнической и звукотехнической аппаратуре.

1.2.ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студент должен знать принципы построения систем и сетей передачи информации, способы аналитического и графического представления сигналов, их временные и спектральные характеристики, принципы построения основных радиотехнических устройств и основы их спектрального анализа, методы и устройства обработки аналоговых и цифровых сигналов и принципы создания аппаратуры, обеспечивающей эффективную передачу и обработку сообщений.

Студент должен уметь анализировать физические процессы, протекающие в радиотехнических устройствах, составлять принципиальные схемы и рассчитывать основные параметры устройств передачи и обработки сигналов, решать типовые задачи, связанные с оценкой искажений передаваемых сигналов.

Иметь представление о перспективах развития техники передачи и обработки аналоговых и цифровых сигналов.

1.3.МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Для изучения данной дисциплины необходимы знания по курсам «Высшая математика», «Физика», «Теория электрических цепей», «Электронные и квантовые приборы и микроэлектроника», «Цифровые устройства и микропроцессоры», «Усилительные устройства».

Данная дисциплина является базовой для изучения автоматики, телевизионной техники, видеотехники, устройств записи и воспроизведения сигналов, оборудования студий и зрелищных мероприятий.

2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

РАЗДЕЛ I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ СВЯЗИ

Тема 1.Системы и сети передачи информации

Основные понятия теории и техники связи: информация, сообщение, (первичный) сигнал, радиосигнал, линия связи, канал связи. Структура каналов связи и их основные элементы. Помехи и искажения сигналов в каналах связи. Кодирование (декодирование) и модуляция (демодуляция) сигналов. Показатели качества систем связи. Математическое описание и оптимизация систем связи. Понятие о сетях связи.

Тема 2.Каналы связи

Классификация линий связи: проводные (кабельные) и радиолинии. Общие сведения о различных типах проводных линий. Радиолинии различных диапазонов частот.

Основные показатели качества каналов связи: коэффициент передачи (ослабление, затухание), амплитудная характеристика, динамический диапазон, частотные характеристики, характеристика помех в канале связи.

Краткая характеристика каналов передачи аудиовизуальной информации: кабельных, световодных, радиоканалов, радиорелейных, спутниковых и лазерных.

Системы многоканальной связи.

Понятие о сетях обмена информацией и их основных показателях. Единая автоматизированная сеть связи страны. Глобальные сети связи.

Основные (базовые) элементы систем связи и их краткая характеристика.

Тема 3.Детерминированные сигналы

Классификация сигналов. Временные и энергетические характеристики сигналов. Спектральное представление сигналов. Ряд Фурье. Амплитудные и фазовые спектры (спектральные плотности) простейших сигналов: гармоническое колебание, одиночные прямоугольные и треугольные импульсы и периодические последовательности этих импульсов. Свойства преобразований Фурье.

Сигналы с ограниченным спектром. Дискретизация непрерывных сигналов. Котельникова. Восстановление непрерывного сигнала по последовательности его отсчетов. Цифровые сигналы.

Тема 4.Случайные сигналы и шумы

Основные характеристики случайных процессов. Спектральные и корреляционные характеристики случайных сигналов. Стационарные и эргодические сигналы. Статистические характеристики сигналов изображения и звука.

Геометрическое представление случайных сигналов. Пространство сигналов и его использование в задачах анализа помехоустойчивости систем связи.

Пространство аддитивной смеси сигналов и помех. Влияние различных видов помех на качество передачи изображения и звука.

РАЗДЕЛ II. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Тема 5.Модулированные сигналы (радиосигналы)

Модуляция как нелинейный процесс преобразования спектров сигналов.

Условия неискаженной модуляции. Методы модуляции непрерывными сигналами: амплитудная (АМ), балансная (БМ), квадратурная балансная (КБМ), однополосная (ОМ) и угловая (частотная и фазовая – ЧМ и ФМ) модуляция. Временные, векторные и спектральные диаграммы колебаний. Глубина модуляции, девиация частоты и индекс модуляции. Принципиальные схемы модуляторов. Сравнительная оценка помехоустойчивости систем связи с различными видами модуляции.

Методы аналоговой импульсной модуляции. Амплитудно-импульсная (АИМ), широтно-импульсная – ШИМ (модуляция импульсов по длительности – ДИМ), частотно-импульсная (ЧИМ) и фазо-импульсная - ФИМ (время-импульсная –ВИМ) модуляция. Временные диаграммы. Особенности спектров. Принципиальные схемы модуляторов.

Двухступенчатая модуляция при аналоговых методах передачи.

Применение аналоговых методов импульсной модуляции в аудиовизуальных системах.

Тема 6.Преобразования сигналов в линейных устройствах

Условия неискаженной передачи сигналов линейными устройствами. Прохождение сигналов через частотно-избирательные устройства (частотные фильтры). Метод спектрального анализа.

Линейный резонансный усилитель (ЛРУ) и его низкочастотный эквивалент. Принципиальная схема, временные

диаграммы и частотные характеристики ЛРУ и его низкочастотного эквивалента. Групповое время задержки.

Резонансное усиление сигналов как процесс фильтрации сигнала из смеси его с аддитивной помехой.

Искажения сигналов с амплитудной и угловой модуляцией в ЛРУ. Частотные предыскажения или частотная коррекция сигналов. Их использование в устройствах аудиовизуальной техники.

Понятие о согласованной и оптимальной фильтрации.

Тема 7.Преобразования сигналов в нелинейных и параметрических устройствах

Особенности нелинейных и параметрических устройств.

Идеальный ограничитель амплитуды. Временные и спектральные диаграммы при прохождении через него гармонического колебания и радиосигналов. Фиксация уровня сигналов. Двустороннее ограничение. Использование в системах аудио - и видеотехники.

Нелинейный резонансный усилитель (НРУ). Принципиальная схема. Временные и спектральные диаграммы радиосигналов. Колебательные характеристики. Энергетические характеристики НРУ. Использование в аудиовизуальных системах. Прохождение модулированных сигналов через НРУ.

Резонансное умножение частоты. Принцип и сферы применения. Требования к полосовым фильтрам НРУ и умножителя частоты.

Тема 8.Демодуляция радиосигналов

Демодуляция (детектирование) как нелинейный процесс преобразования спектра.

Амплитудное, частотное и фазовое детектирование. Принципиальные схемы. Временные и спектральные диаграммы процессов при детектировании радиосигналов с различными видами модуляции при гармонической огибающей и огибающей прямоугольной формы.

Синхронное детектирование. Квадратурная балансная модуляция как способ двухканальной передачи информации на одной несущей.

Требования к фильтрам нижних частот. Частотные демодуляторы с удвоением частоты. Способы нерезонансного умножения частоты.

Тема 9.Преобразование частоты

Структура супергетеродинного приемника радиосигналов. Принципиальная схема преобразователя частоты. Временные и спектральные диаграммы процессов в преобразователе частоты. Требования к полосовому фильтру.

Использование в системах видео - и звукотехники.

РАЗДЕЛ III. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Тема 10.Цифровые методы модуляции

Основные особенности цифровых сигналов с точки зрения модуляции. Двухступенчатая модуляция.

Первая ступень модуляции: формирование цифрового сигнала (аналого-цифровое преобразование – импульсно-кодовая модуляция ИКМ) или группового сигнала (при многоканальной связи).

Вторая ступень модуляции. Особенности амплитудной, частотной и фазовой модуляции двоичными сигналами. Временные и спектральные диаграммы. Относительная фазовая модуляция (ОФМ). Сравнительная оценка помехоустойчивости цифровых систем связи при различных видах модуляции.

Скорость передачи цифровых сигналов. Оценка скорости передачи в сетях ЭВМ, телевизионного вещания и звука.

Тема 11.Повышение помехоустойчивости приема сигналов

Согласованная и оптимальная фильтрация сигналов.

Прием двоичных сигналов как статистическая задача. Понятие потенциальной помехоустойчивости. Оптимальный приемник по критерию максимума правдоподобия (оптимальный приемник ).

Цифровая фильтрация сигналов. Быстрое преобразование Фурье и его использование в технике передачи сигналов.

Системы с информационной и решающей обратной связью.

Корректирующие коды. Широкополосные шумоподобные сигналы.

3.ТЕМАТИКА ЛЕКЦИЙ

а) установочная сессия:

1.Общая характеристика систем связи.

2.Спектральное представление сигналов. Спектры простейших сигналов.

3.Модулированные сигналы (радиосигналы).

4.Преобразования радиосигналов в линейном резонансном усилителе.

б) лабораторно-экзаменационная сессия:

1.Ограничение амплитуды. Нелинейный резонансный усилитель. Резонансное умножение частоты.

2.Амплитудное, частотное и фазовое детектирование радиосигналов.

3.Супергетеродинный радиоприемник. Преобразование частоты.

4.Цифровые методы модуляции.

4.ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Исследование спектров периодических сигналов.

2.Исследование амплитудной и балансной модуляции.

3.Исследование полосовой частотной фильтрации сигналов (линейный резонансный усилитель).

4.Исследование преобразований сигналов в ограничителе амплитуды и нелинейном резонансном усилителе.

5.Исследование амплитудного детектора на основе ограничителя амплитуды.

6.Исследование синхронного детектора.

7.Частотное и фазовое детектирование радиосигналов.

5.ЛИТЕРАТУРА

а)основная:

1., Демин цепи и сигналы: Учебник для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 19с.: ил.

2.Баскаков цепи и сигналы: Учебник для ВУЗов, изд.3, дополн. и перераб. - М.: Высшая школа, 20с.: ил.

б)дополнительная:

3.Системы связи: Учебное пособие для ВУЗов/ , А, П.Буркин, .-М.: Высшая школа, 19с.:ил.

4.Системы электросвязи: Учебник для ВУЗов/ Под ред. .- М.: Радио и связь, 19с.:ил.

5.Радиотехнические системы передачи информации: Учебное пособие для ВУЗов/ Под ред. . - М.: Радио и связь, 19с.: ил.

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

Темы 1 и 2.

1.Дайте определения основных понятий в ТЭС : информация, сообщение, сигнал, связь, линия связи, канал связи.

2.Показатели качества систем связи: верность, скорость передачи, помехоустойчивость, пропускная способность. Дайте их определения и поясните взаимосвязь между ними.

3.Как обеспечивается многоканальная связь?

4.Что такое модуляция сигналов и для чего ее применяют в системах связи?

5.Каким образом влияют помехи на качество связи? В чем различие между аддитивными и мультипликативными помехами? Приведите примеры.

6.Как влияет на качество связи несовершенство технических средств передачи и приема сигналов? Какие виды искажений сигналов в аппаратуре Вам известны?

7.Какие способы уплотнения линий связи Вам известны?

8.В чем состоит принцип частотного уплотнения?

9.В чем сходство и различия в понятиях «модуляция» и «кодирование» сигналов?

10.Дайте определение коэффициента передачи радиоэлектронного устройства (РЭУ).

11.Что понимается под амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) РЭУ (канала связи)?

12.Как определяется полоса пропускания РЭУ (канала связи)?

13.Что представляет собой фазо-частотная характеристика (ФЧХ) РЭУ (канала связи)?

14.Что понимается под временем запаздывания сигнала?

15.В чем отличие линейных (частотных) искажений от нелинейных? Какие характеристики влияют на те или иные виды искажений?

16.Как определяется динамический диапазон устройства (канала связи)?

17.Изобразите обобщенную структурную схему системы связи. Что понимается под терминами: кодер (декодер) сигнала, кодер (декодер) канала, модулятор (демодулятор)?

18.Что такое «сеть связи»? Какие типы сетей связи Вам известны? Дайте их краткую характеристику.

19.Перечислите основные («базовые») элементы каналов связи: усилители, сумматоры, перемножители сигналов, линейные частотные фильтры (верхних частот - ФВЧ, нижних частот – ФНЧ, полосовые – ПФ и режекторные - РФ), ограничители амплитуды - ОА (одно - и двухсторонние), частотно-модулированные генераторы (ЧМГ). Объясните принципы их действия и основные характеристики.

Тема 3.

1.Перечислите известные Вам характеристики сигналов: временные, спектральные, корреляционные. Укажите взаимосвязи между ними.

2.Что понимается под спектральным представлением сигналов?

3.Почему гармоническое колебание играет особо важную роль в радиоэлектронике?

4.Что означает термин “периодический сигнал”?

5.Какую структуру имеет спектр периодического сигнала?

6.Как отражается на спектре периодического сигнала изменение начала отсчета времени?

7.Как изменяется спектр периодического сигнала при изменении его периода?

8.Какой физический смысл имеет спектральная плотность сигнала? Ее модуль?

9.В чем состоит смысл введения понятия отрицательной частоты?

10.Какими свойствами обладает спектральная плотность вещественного сигнала?

11.Как связаны между собой длительность импульса и ширина его спектра?

12.Что происходит со спектром при сжатии (растяжении) сигнала во времени?

13.Как изменится спектр сигнала при его задержке во времени?

14.Как выражается связь между спектральной плотностью (сплошным спектром) одиночного импульса и огибающей линейчатого спектра периодической последовательности таких импульсов?

15.Изобразите графически спектральную плотность одиночного прямоугольного импульса. Какому закону подчиняется зависимость спектральной плотности от частоты?

16.Как влияют параметры одиночного прямоугольного импульса (размах, длительность, временное положение относительно начала координат) на его спектральную плотность?

17.Изобразите спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов. Какому закону подчиняется огибающая амплитуд его частотных составляющих?

18.Как зависят максимальное значение, постоянная составляющая, расстояние между частотными составляющими и ширина спектра от параметров периодической последовательности прямоугольных импульсов?

19.Отличаются ли друг от друга спектральные плотности одиночных треугольных и прямоугольных импульсов и если «да», то чем?

20.Чем различаются спектры периодических последовательностей треугольных и прямоугольных импульсов?

Тема 4.

1.Что такое стационарный эргодический случайный сигнал?

2.Каковы основные свойства спектральной плотности мощности стационарного случайного процесса?

3.Какая существует связь между автокорреляционной функцией и спектральной плотностью мощности случайного сигнала?

4.Какой случайный процесс называют белым шумом? Может ли белый шум быть гауссовским?

5.Чему равен интервал корреляции белого шума?

6.Как вычислить математическое ожидание случайного процесса?

7.Как вычисляется дисперсия случайного процесса? В чем состоит физический смысл понятия дисперсии?

Тема 5.

1.Что такое модуляция сигналов?

2.Что понимается под несущим колебанием и модулирующим сигналом? Что такое огибающая модулированного сигнала (радиосигнала) и его высокочастотное заполнение?

3.Каковы условия неискаженной модуляции?

4.Какие виды модуляции можно осуществлять при использовании гармонической несущей?

5.Как выглядят временные и спектральные диаграммы модулирующего, несущего и модулированного колебаний при гармонической (тональной) амплитудной модуляции (АМ)? При других модулирующих сигналах (сумма двух гармонических колебаний, прямоугольные и треугольные импульсы)?

6.Сравните осциллограммы амплитудно-модулированных колебаний (АМК) в развертках «по огибающей» и «по несущей».

7.Как определяется коэффициент (глубина) модуляции АМК?

8.Как связаны между собой спектры модулирующего сигнала и АМК? Приведите примеры.

9.Какой вид имеет векторная диаграмма АМК при тональной модуляции?

10.Как реализуется АМ? Изобразите структурные схемы для двух способов осуществления АМ.

11.Какими достоинствами и недостатками обладает АМ?

12.Какие способы уменьшения (устранения) недостатков АМ Вы можете предложить?

13.Что такое балансная модуляция (БМ)? В чем состоит различие в спектрах балансно-модулированного колебания (БМК) и АМК?

14.Как реализуется БМ (схема модулятора)?

15.Как выглядят временные и спектральные диаграммы БМК при различных модулирующих сигналах?

16.Изобразите векторную диаграмму БМК при гармонической модуляции.

17.Как выглядят временные, спектральные и векторные диаграммы радиосигналов при однополосной модуляции (ОМ) различными модулирующими сигналами?

18.Что такое угловая модуляция? Какие виды угловой модуляции Вам известны?

19.Как связаны между собой частота и полная фаза колебания? Из каких слагаемых складывается полная фаза?

20.В чем сходство и различия между частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляцией?

21.Как выглядят графики зависимостей частоты, модулированной и полной фазы частотно-модулированного колебания (ЧМК) от времени при модуляции различными сигналами (гармоническим – одним тоном, пилообразными и прямоугольными импульсами)? Сравните их с такими же зависимостями для ФМК.

22.Что такое девиация частоты и индекс модуляции? В чем состоит их физический смысл? Как они зависят от частоты модулирующего сигнала при ЧМ и при ФМ?

23.Как выглядит векторная диаграмма ЧМК (ФМК) при тональной модуляции?

24.Какие способы практической реализации ЧМ и ФМ Вам известны? Какими достоинствами обладает способ преобразования ФМ в ЧМ, по сравнению с прямой (непосредственной) модуляцией путем изменения реактивности в колебательной системе генератора?

25.Чем отличается спектр ЧМК (ФМК) от спектра АМК при тональной модуляции?

26.Как зависит спектр ЧМК (ФМК) от амплитуды и частоты модулирующего сигнала?

27.Как определяется ширина спектра ЧМК (ФМК) при тональной модуляции?

28.Чем различаются спектры АМК и ЧМК с весьма малым индексом модуляции?

29.Какими характеристиками можно определить помехоустойчивость того или иного вида модуляции? Дайте сравнительную оценку помехоустойчивости непрерывных видов модуляции: АМ, БМ, ОМ, ЧМ и ФМ.

30.Какие Вам известны аналоговые методы импульсной модуляции: амплитудно-импульсная (АИМ), время-импульсная (ВИМ), фазо-импульсная (ФИМ), импульсная модуляция по длительности (ДИМ), широтно-импульсной модуляция (ШИМ), высокочастотная импульсная модуляция (ВЧИМ)? Каковы особенности спектров этих сигналов и как эти сигналы используются для многоканальной передачи (временное уплотнение)?

Тема 6.

1.Какие радиоэлектронные устройства (РЭУ) называют линейными и какие – нелинейными? Каковы основные свойства линейных и нелинейных цепей (РЭУ, каналов связи)?

2.Что такое переходная и импульсная характеристики цепи? Как они связаны с частотными характеристиками?

3.Что такое амплитудно-частотная (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики РЭУ?

4.Как определяются полоса пропускания РЭУ и время запаздывания (задержки) сигналов?

5.В чем состоит сущность метода спектрального анализа прохождения сигналов через различные РЭУ?

6.Каковы условия неискаженной передачи сигналов в линейных РЭУ?

7.Что такое амплитудная характеристика (АХ) РЭУ? Как она может быть выражена? В чем ее физический смысл?

8.Как выглядят АХ идеально линейных РЭУ и АХ реального транзистора?

9.Что понимают под динамическим диапазоном РЭУ (канала связи)?

10.Чем вызываются частотные (линейные) и чем – нелинейные искажения сигналов при их прохождении через РЭУ?

11.Для чего применяют фильтрацию сигналов, с помощью каких устройств ее реализуют?

12.Какими частотными характеристиками обладают фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот, полосовые (ПФ) и режекторные (РФ) фильтры? Как определить граничные частоты ФНЧ и ФВЧ?

13.Приведите схемы параллельного и последовательного колебательных контуров. Рассчитайте зависимость их комплексного сопротивления от частоты. Какой из них удобнее использовать в качестве полосового фильтра в резонансных усилителях?

14.Изобразите схему линейного резонансного усилителя (ЛРУ). Рассчитайте его АЧХ и ФЧХ. Как зависит их форма от добротности контура?

15.Как зависят от добротности полоса пропускания и постоянная времени контура?

16.Какие искажения испытывает гармоническая огибающая АМК при прохождении этого радиосигнала через ЛРУ?

17.Чем объясняется зависимость глубины модуляции от частоты модулирующего сигнала в АМК на выходе ЛРУ?

18.Чем определяется фазовый сдвиг огибающей при прохождении АМК через ЛРУ?

19.Какие искажения испытывает АМК с прямоугольной огибающей при прохождении его через ЛРУ?

20.Как зависит время нарастания (длительность фронта) огибающей АМК на выходе ЛРУ от добротности контура?

21.Какие искажения испытывает ЧМК при прохождении через ЛРУ? Как зависят они от соотношения между девиацией частоты и полосой пропускания ЛРУ?

22.При каком условии в линейном резонансном усилителе возникают нелинейные искажения?

23.Что такое низкочастотный эквивалент ЛРУ и как он используется в задачах анализа искажений сигналов?

Тема 7.

1.Как выглядит амплитудная (вольт-амперная) характеристика идеального ограничителя амплитуды (ОА)?

2.Какой вид имеют временные и спектральные диаграммы сигналов на входе и выходе ОА при подаче на его вход гармонического напряжения? (Математические выражения и графики осциллограмм).

3.Что такое угол отсечки и от чего зависит его величина?

4.Чем различаются амплитудные характеристики ОА снизу, ОА сверху, двухстороннего ОА?

5.В чем состоит принцип нелинейного резонансного усиления? Из каких элементов, в принципе, состоит схема нелинейного резонансного усилителя (НРУ)?

6.Чему должен быть равен угол отсечки ОА в НРУ?

7.Как выглядят временные и спектральные характеристики сигналов в различных точках схемы НРУ?

8.Что такое колебательные характеристики НРУ и как они могут использоваться для оценки искажений радиосигналов?

9.Почему в НРУ обеспечивается более высокий к. п.д., чем в ЛРУ? Какими достоинствами, кроме того, обладает НРУ?

10.Какие требования следует предъявить к параметрам полосового фильтра (ПФ) НРУ (резонансной частоте, добротности) при усилении радиосигналов?

11.Как можно осуществить резонансное умножение частоты? Как составить практическую схему умножителя частоты (УЧ)?

12.Какие требования надо предъявлять к контуру УЧ?

13.При каких условиях в НРУ могут отсутствовать нелинейные искажения сигналов?

Тема 8.

1.Что такое детектирование радиосигналов?

2.Можно ли осуществлять детектирование радиосигналов (как и модуляцию) с использованием только линейных РЭУ с постоянными параметрами?

3.Какие элементы являются обязательными для любых детекторов (демодуляторов)?

4.Какие необходимо предъявлять требования к выходным фильтрам нижних частот? От чего должны зависеть параметры ФНЧ?

5.Изобразите схему простейшего амплитудного детектора? Какими достоинствами и недостатками обладает такой детектор?

6.Каковы временные и спектральные диаграммы сигналов в различных точках схемы при входных радиосигналах с АМ и различной формой и параметрами огибающей?

7.Как изменятся временные и спектральные диаграммы при подаче на вход детектора радиосигнала с БМК при различных формах огибающей?

8.Чему должен быть равен угол отсечки в ОА детектора?

9.Какими достоинствами и недостатками обладает диодный детектор?

10.Почему детектор на основе ОА не позволяет детектировать БМК? Радиосигналы с однополосной модуляцией?

11.Какое по форме напряжение будет на выходе диодного детектора при подаче на его вход радиосигналов с БМ при гармонической, прямоугольной и треугольной форме огибающей? Радиосигналов с ЧМ или ФМ?

12.В чем состоит принцип синхронного детектирования? Каким элементом обеспечивается преобразование спектра радиосигналов в синхронном детекторе (СД)?

13.Какие требования предъявляются к опорному напряжению для синхронного детектирования?

14.Каким образом можно получить напряжение, синхронное и синфазное с высокочастотным заполнением принимаемого радиосигнала, на приемной стороне линии связи?

15.Можно ли использовать СД для приема сигналов с АМ? С БМ? С однополосной модуляцией? С ЧМ и ФМ? Дайте обоснования своих ответов рассмотрением временных и спектральных диаграмм сигналов в различных точках устройства.

16.Как можно осуществить детектирование ФМК? С помощью каких устройств?

17.Изобразите схему фазового детектора (ФД). Что такое демодуляционная характеристика? Как выглядит демодуляционная характеристика ФД?

18.В чем состоит основной недостаток непосредственного применения СД в качестве ФД?

19.Как можно обеспечить линеаризацию демодуляционной характеристики ФД?

20.Почему для детектирования ЧМК нельзя использовать ни амплитудный, ни фазовый детектор?

21.Как можно осуществить преобразование спектра ЧМК для его детектирования?

22.Можно ли осуществить детектирование ЧМК при помощи ФД? Детектирование ФМК с помощью частотного детектора ЧД?

23.В чем состоит принцип работы ЧД с преобразованием ЧМ в АМ (ЧД по огибающей радиосигнала)?

24.Как выглядят временные и спектральные диаграммы радиосигналов на выходе расстроенного контура?

25.Какие требования (резонансная частота, добротность или полоса пропускания) надо предъявить к полосовому фильтру для преобразования ЧМ в АМ?

Какова форма демодуляционной характеристики одноконтурного ЧД по огибающей? Каковы недостатки такого ЧД?

26.Как можно линеаризовать демодуляционную характеристику ЧД по огибающей?

27.Какова схема двухконтурного ЧД по огибающей?

28.Как можно реализовать детектирование ЧМК на основе преобразования ЧМ в ФМ? Изобразите схему детектора.

29.Как происходит детектирование ЧМК в ЧД по мгновенному значению (с преобразованием ЧМ в ФМ)? Поясните процессы на примерах временных и спектральных диаграмм при различной форме модулирующих сигналов.

30.Каковы требования к полосовому фильтру (колебательному контуру) для преобразования ЧМ в ФМ?

31.Как работает ЧД на основе преобразования ЧМ в ЧИМ? Поясните ответ временными и спектральными диаграммами сигналов.

Тема 9.

1.В чем состоит сущность преобразования частоты сигналов?

2.В каких целях может осуществляться преобразование частоты?

3.Для чего преобразование частоты используют практически во всех современных (супергетеродинных) приемниках?

4.Как в принципе обеспечивается преобразование частоты? Используются ли при этом только линейные РЭУ? Только нелинейные РЭУ? Линейные РЭУ с переменными параметрами?

5.Как выглядят временные и спектральные диаграммы сигналов в различных точках схемы преобразователя частоты при поступлении на его вход радиосигналов с различными видами модуляции?

6.Какие требования предъявляются к полосовому фильтру преобразователя частоты?

7.Как используется преобразователь частоты для обеспечения беспоискового вхождения в связь и бесподстроечного ведения связи для работы с множеством радиостанций (например, прием любой телевизионной программы)?

Тема 10.

1.В чем состоят основные отличия двоичных сигналов от аналоговых?

2.Чем отличаются требования, предъявляемые к АЧХ, ФЧХ и АХ каналов связи при передаче цифровых (двоичных) сигналов, по сравнению с аналоговыми?

3.Каковы основные этапы преобразования непрерывных сигналов в цифровые и каково их содержание?

4.Как выбирается частота дискретизации непрерывных сигналов?

5.Из каких соображений определяется число позиций (значность) кода?

6.Как определяется необходимая скорость цифрового потока (скорость передачи сигналов) в каналах связи? От чего она зависит?

7.Дайте количественную оценку скорости передачи в цифровом телевидении, в сетях ЭВМ, в радиовещании, в телефонии.

8.Для чего нужна синхронизация в цифровых каналах связи и какие два основных вида синхронизации являются необходимыми?

9.Какие Вам известны способы обеспечения многоканальной связи? Поясните сущность временного уплотнения линий связи?

10.В чем состоит сущность двухступенчатой модуляции?

11.Какие преобразования сигналов осуществляются на первой ступени модуляции?

12.Какие методы модуляции используются на первой ступени модуляции в цифровых информационных системах?

13.Дайте характеристику АМ двоичными сигналами: временные диаграммы, спектры, схемы модуляторов и демодуляторов, достоинства и недостатки, сферы применения.

14.Дайте характеристику ЧМ двоичными сигналами.

15.Дайте характеристику ФМ двоичными сигналами.

16.В чем состоит отличие относительной фазовой модуляции (ОФМ) двоичными сигналами от ФМ? Какие достоинства и недостатки пи этом появляются, по сравнению с ФМ? С ЧМ и АМ?

17.Поясните различия в характере воздействия помех на аналоговые и цифровые сигналы.

Тема 11.

1.В чем состоит сущность согласованной фильтрации?

2.Чем от нее отличается оптимальная фильтрация?

3.Чем определяется форма АЧХ и ФЧХ фильтра при согласованной фильтрации? При оптимальной фильтрации?

4.Благодаря чему повышается помехоустойчивость в системах с информационной обратной связью? В системах с решающей обратной связью? Какая из них более эффективна?

5.Что такое потенциальная помехоустойчивость?

6.Что означает и как реализуется принцип максимума правдоподобия?

7.Поясните структурную схему оптимального (идеального) приемника .

8.В чем состоит принцип цифровой фильтрации сигналов?

9.В чем состоит назначение корректирующих кодов?

10.Каков принцип обнаружения ошибок в корректирующих кодах?

11.Что такое «четный паритет»?

12.Как могут исправляться ошибки при использовании корректирующих кодов?

13.Как могут исправляться ошибки при матричном представлении сигналов? Чем объясняется высокая эффективность двумерных способов введения избыточности?

14.Что такое «каскадные коды»? В чем причина их высокой эффективности?

15.Что такое широкополосные шумоподобные сигналы (ШПС)? Почему они обладают высокой помехоустойчивостью?

16.Что такое «интегральный прием»? прием «в целом»?

17.В чем недостатки ШПС? В каких информационных системах они нашли применение в настоящее время?

7.КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Программой предусматривается выполнение каждым студентом одной контрольной работы, в которой решаются конкретные задачи по тематике спектрального анализа устройств при заданных числовых характеристиках сигналов и заданных параметрах устройств, изучаемых в данной дисциплине.

Выполнение контрольной работы – весьма важный и ответственный этап в изучении дисциплины. Все задачи необходимо решать самостоятельно, опираясь на изученный в процессе установочных лекций и – особенно! – самостоятельной работы материал. В случае затруднений, возникающих при изучении той или иной темы, можно (и нужно!) обращаться в Университет за устной или письменной консультацией.

Задачи контрольной работы приведены ниже. Номер варианта определяется по последним двум цифрам шифра по формуле

В = Ш - 20N,

где В – номер варианта задания, Ш – последние две цифры шифра, а N – множитель, зависящий от Ш так, что:

N=0, если 01 Ш £ 20; N=1, если 21 £ Ш £ 40; N=2, если

41 £ Ш £ 60; N=3, если 61 £ Ш £ 80; N=4, если 81 £ Ш £ 00.

Общие требования, предъявляемые к выполнению контрольных работ:

1.На обложке тетради, в которой выполнена контрольная работа, должны быть написаны: фамилия, имя и отчество студента, его домашний адрес, номер учебного шифра и номер варианта.

2.На каждой странице должны быть оставлены поля шириной не менее 3 см для замечаний рецензента. Страницы необходимо пронумеровать.

3.Текст, формулы и числовые выкладки должны быть написаны четко и аккуратно.

4.Электрические схемы должны чертиться с соблюдением правил, установленных ГОСТ 2.702-75.

5.Графики, временные и спектральные диаграммы должны быть вычерчены на миллиметровой бумаге с указанием параметров сигналов в цифрах. На координатных осях обязательно должны быть указаны отметки шкал и единицы измерения (Вольты, Герцы, килоГерцы, миллисекунды и т. д.).

6.В конце контрольной работы должна стоять подпись студента и дата выполнения работы.

7.Если контрольная работа не зачтена, то все необходимые исправления должны быть сделаны в той же тетради после подписи рецензента. Нельзя вносить какие-либо исправления в текст или графики, уже просмотренные рецензентом.

8.Решения, принятые студентом при выполнении контрольной работы, должны быть защищены им во время сессии (наряду с отчетами по лабораторным работам) для получения допуска к экзамену.

СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача 1.Сигналы и их спектры

1.1.Импульсный сигнал

Рассчитайте спектральную плотность импульса, определенного следующим образом:

Параметры сигнала – длительность и размах - приведены в таблице 1.

Постройте графики амплитудного и фазового спектра.

Определите ширину спектра. Как зависит ширина спектра сигнала от длительности импульса?

Найдите произведение длительности импульса на ширину его спектра. (Не забудьте о системе единиц!)

1.2.Гармоническое колебание

Сигнал описывается формулой .

Параметры колебания : амплитуда , частота и начальная фаза приведены в таблице 1.

Постройте временные диаграммы, амплитудный и фазовый спектры колебания для двух значений частоты и .