Введение в БД.

Вопросы:

1. Принцип построения и функционирования смесительной части преобразователей частоты.

2.Принцип построения и функционирования гетеродинов преобразователей частоты.

3. Типовые схемы построения транзисторных преобразователей частоты

4. Балансные преобразователи частоты на транзисторах

Вопрос 1Принцип построения и функционирования смесительной части преобразователей частоты.

Рассмотрим процесс преобразования частоты.

На рис. 1.1 по­казана схема преобразователя частоты на полевом транзисторе с каналом n-типа,

Рисунок 2.1-Принциальная схема ПЧ на полевом транзисторе с каналом n-типа

Оба преобразователя отно­сятся к классу односеточных преобразователей (на­звание сохранилось от электровакуумных триодов), в которых напряжения сигнала и гетеродина воздействуют на одни и те же электроды (исток — затвор, эмиттер — база).

Смесительный прибор по отношению к сигналу может быть включен по схеме с общим истоком (эмиттером) или общим за­твором (базой).

Более предпочтительными являются схемы с ОИ (ОЭ), так как они обеспечивают лучшие шумовые показатели ПЧ (а значит, более высокую чувст­вительность РПУ и больший .

Рисунок 1.2-Принципиальная схема ПЧ на биполярном транзисторе типа

p-n-p типа с двухконтурным полосовым фильтром

Напряжение гетеродина может быть подано в цепь затвора (базы) или в цепь истока (эмиттера).

Рисунок 1.3-Структурная схема двухсеточного ПЧ на двухзатворном полевом транзисторе с изолированными затворами

Существенного ослабления (развязки) цепей сигнала и гете­родина можно добиться в двухсеточных преобразовате­лях, создаваемых на многосеточных лампах (гексодах, гептодах и др.) или на двухзатворных полевых транзисторах. На (рисунке 1.3) приведен пример двухсеточного преобразователя на двухзатворном полевом транзисторе с изолированными затворами с каналом п-типа.

Вопрос 2. Принцип построения и функционирования гетеродинов преобразователей частоты.

Для преобразования частоты в супергетеродинных приемни­ках на вход преобразовательного прибора необходимо подать вспомогательное напряжение высокой частоты. Такое напряжение создается специальным устройством, называемым гетеродином. В качестве гетеродина в приемниках используются как простейшие автогенераторы, так и сложные системы формирования высоко­стабильных напряжений.

Требования, предъявляемые к гетеродинам:

· обеспечение напряжений с заданными частотами и амплиту­дами;

· возможность перестройки в заданном диапазоне частот;

· высокая стабильность частоты генерируемых колебаний;

· постоянство амплитуды выходного напряжения;

· минимальный уровень гармоник.

Важнейшей задачей гетеродина является обеспечение высокой стабильности частоты. Нестабильность частоты гетеродина ока­зывает существенное влияние на параметры радиоприемника. Так, при этом изменяется промежуточная частота, а следовательно, спектр сигнала смещается, что ухудшает избирательность и ка­чество воспроизведения принимаемого сигнала.

Существуют различные способы повышения стабильности час­тоты гетеродинов. Параметрическая стабилизация осуществляет­ся уменьшением влияния дестабилизирующих факторов (темпе­ратуры, влажности, нестабильности источников питания и др.) на параметры элементов схемы гетеродина. Такой способ исполь­зуется, но не обеспечивает достаточной стабильности. Более вы­сокая стабильность частоты достигается с помощью- кварцевой стабилизации частоты.

Простейшие схемы гетеродина имеют относительную неста­бильность частоты 10^-3...10^-4 с применением параметрической или кварцевой стабилизации—10^-5...10^-6. Для многих професси­ональных приемников, где точность установки частоты гетеродина и ее высокая стабильность имеют важное значение для надежности связи, указанная стабильность оказывается недостаточной.

Поэтому применяют сложные схемы гетеродинов, например, спе­циальные синтезаторы частот, генераторы с многократным умно­жением частоты, квантовые генераторы и т. д.

Схемы простейших гетеродинов.

Простейшие гетеродины представляют собой однокаскадные автогенераторы на транзисторах или других электронных при­борах.

Схемы гетеродинов, применяемых в радиоприемниках, разли­чаются в основном видом .положительной обратной связи между выходной и входной цепями усилительного прибора. Обратная связь может быть индуктивной, автотрансформаторной или ем­костной. Очень часто применяют автогенераторы по трехточечной схеме, в которых колебательный контур соединен с усилительным, прибором в трех точках.

Схема гетеродина с индуктивной обратной связью приведена на рис. 5.8. Для самовозбуждения необходимо выполнение двух условий: баланса фаз и баланса амплитуд. Условие баланса фаз означает, что напряжение, поступающее с выходной цепи усили­тельного прибора на его вход должно совпадать по фазе с на­пряжением на входе, т. е. обратная связь должна быть положи­тельной. Условие баланса амплитуд означает, что амплитуда на­пряжения обратной связи должна быть достаточной для того чтобы в контур вносилась энергия, восполняющая все потери в нем.

В схеме с индуктивной обратной связью условие баланса фаз достигается соответствующим включением концов катушки обрат­ной связи, условие баланса амплитуд — подбором коэффициента обратной связи. Частота генерируемых колебаний определяется параметрами колебательного контура L_KC_K. Настройка гетероди­на на нужную частоту осуществляется конденсатором переменной емкости С_к. Постоянное напряжение смещения между базой и эмиттером снимается с делителя R1R2. Конденсатор С_с обеспе­чивает сопряжение настроек контуров гетеродина и преселектора. Конденсатор С_с обеспечивает сопряжение настроек контуров.

Конденса­тор С_ф и резистор R_ф образуют фильтр, устраняющий связи с другими каска­дами через общий источник питания Е.

Принцип работы гетеродина состо­ит в следующем. Колебания возника­ют в контуре L_KC_K при включении ис­точников питания. Часть напряжения на контуре поступает на базу транзистора VT и вызывает измене­ние тока коллектора с частотой колебаний контура. Ток коллекто­ра, проходя по катушке связи, наводит в катушке контура L_K ЭДС. При этом в контур будет вноситься энергия источника питания, поддерживающая колебания заданной амплитуды в контуре.

рис. 5.8.Схема гетеродина с индуктивной обратной связью.

Схема гетеродина с автотрансформаторной обратной связью, приведенная на рис. 5.9, называется также индуктивной трехто­чечной схемой. Напряжение обратной связи снимается с части контура в точках 1—2 и подается во входную цепь транзистора. Колебательный контур транзистора включен в выходную цепь в точках 2—3. Назначение элементов схемы, а также принцип дей­ствия те же, что и в схеме с индуктивной связью.

рис. 5.9 Схема гетеродина с автотрансформаторной обратной связью.

Емкостная трехточечная схема автогенератора, используемого в качестве гетеродина, приведена на рис. 5.10. Напряжение обрат­ной связи в этой схеме снимается с емкостной ветви контура. На­значение элементов схемы и принцип ее действия такие же, как в схеме, собранной по индуктивной трехточке.

рис. 5.10. Емкостная трехточечная схема автогенератора

Вопрос 3 Типовые схемы построения транзисторных преобразователей частоты .

Принципиальная схема (преобразователя частоты с отдельным гетеродином приведена на рис. 3.1. В ней гетеродин собран по схеме автогенератора с индуктивной обратной связью на транзис­торе VT2, а преобразователь — на транзисторе VT1. Назначение элементов схемы и принцип работы преобразователя частоты описаны выше. Созданное гетеродином напряжение выделяется на колебательном (контуре L_кгС_кг. Часть этого напряжения пода­ется во входную цепь транзистора VT1 с катушки L_кг через кон­денсатор С_э на резистор R_э. На нем выделяется напряжение с час­тотой гетеродина. Оно оказывается приложенным к переходу эмиттер — база транзистора VT1 через катушку связи L_CB1 и кон­денсатор С_р. Под действием большого напряжения гетеродина из­меняется коллекторный ток транзистора i_к и крутизна ха­рактеристики. Одновременно с этим на базу транзистора VT1 по­дается напряжение сигнала. В результате перемножения двух напряжений в выходном токе пре­образователя появляются комби­национные частоты. На одну из них, например fг—fc, настроен выходной контур L_KC_K, на кото­ром создается напряжение про­межуточной частоты.

При переключении приемника с одной станции на другую про­межуточная частота должна ос­таваться постоянной. Чтобы разность частот f_г—f_с = f_пр была постоянной, контур гетеродина дол­жен перестраиваться одновременно с контуром преселектора (входного устройства и У'РЧ). Одновременная настройка конту­ров достигается тем, что изменение емкостей конденсаторов вы­полняется с помощью одной ручки настройки. Такое конструктив­ное выполнение конденсаторов переменной емкости упрощает на­стройку приемника и при включении в контур гетеродина допол­нительных конденсаторов сопряжения С_посл и С_пар обеспечивает постоянство разности частот f_г—f_с = f_пр при перестройке приемни­ка с одной частоты сигнала на другую в пределах рабочего под­диапазона частот.

Достоинства схемы:

· простота регулировки;

· независимость режимов работы усилительных приборов пре­образователя частоты и гетеродина, что позволяет подобрать оп­тимальные режимы;

· возможность использования усилительных приборов с меньшей граничной частотой;

· устойчивая работа приемника вследствие малого влияния перестройки преселектора на частоту гетеродина.

Недостатки схемы:

· сложность (необходимо применение двух усилительных прибо­ров);

· увеличение потребления энергии и габаритных размеров;

· проникновение в антенну через контур входной цепи колеба­ний гетеродина;

· невозможность полного устранения взаимного влияния конту­ров гетеродина и входной цепи.

Схема с отдельным гетеродином применяется в радиовеща­тельных приемниках, а также в профессиональных и специального назначения.

Рис. 3.1. Принципиальная схема пре­образователя частоты с отдельным ге­теродином

Принципиальная схема преобразователя частоты с совмещен­ным гетеродином приведена на рис. 3.2.

В ней функции преоб­разователя частоты и гетеродина выполняет один и тот же тран­зистор VT1. Контур гетеродина образуется индуктивностью L_кг и конденсатором переменной емкости С_кг. В колебательный кон­тур гетеродина включены конденсаторы сопряжения С_посл и С_пар. Гетеродин выполнен по схеме с индуктивной обратной связью. Ко­лебательный контур L_кгС_кг включен в цепь эмиттер — база тран­зистора VT1. Обратная связь между выходной и входной цепями транзистора осуществляется с помощью катушки связи Lсв._г.

Напряжение сигнала с контура входной цепи (или УРЧ) .по­дается на базу транзистора VT1.

В результате перемножения напряжений с частотой сигнала и гетеродина в контуре L2 C2 будет выделяться напряжение промежуточной частоты f_г-f_с=f_пр по­скольку контур настроен на промежуточную частоту.

рис.3.2 Принципиальная схема преобразователя частоты с совмещен­ным гетеродином

Достоинствами схемы преобразователя частоты с совмещенным гетеродином являются:

· простота,

· экономичность потребления электроэнергии (один транзистор).

Недостатки схемы:

· трудность обеспечения оптимального режима работы одновременно для пре­образователя частоты и гетеродина,

· низкая стабильность работы,

· сложность регулировки,

· высокий уровень нелинейных искажений.

Применяется эта схема в простых приемниках длинных и средних волн.

4. Балансные преобразователи частоты на транзисторах

Схема балансного преобразователя частоты на полевых тран­зисторах приведена на рис. 4.1. В этой схеме транзисторы VT2 и VT3 образуют два плеча. В балансных схемах одно из двух на­пряжений U_с или U_г должно действовать на оба (плеча синфазно, а другое — противофазно. В схеме на рис. 4.1 синфазно на истоки транзисторов VT2 и VT3 подается напряжение гетеродина U_г, а противофазно с выходов фазоинверсного каскада на тран­зисторе VT1 через конденсаторы C_P1 и С_Р2 на затворы транзисто­ров VT2 и VT3 — напряжение сигнала. Напряжение питания на стоки транзисторов VT2 и VT3 подается через среднюю точку катушки L1. При балансе плеч токи источника питания I₁и I₂ вза­имно компенсируются, и напряжение на выходе будет равно ну­лю. Токи с частотой гетеродина в транзисторах имеют одинако­вые фазы. Протекая через катушку L1 в противоположных направ-, лениях, они взаимно компенсируются, и напряжение с частотой гетеродина в выходном контуре L2C2 равно нулю. Рабочая точка выбирается на нелинейном участке стоко-затворной характерис­тики резисторами R6 и R7. Под действием напряжения гетероди­на U_г крутизна характеристики обоих транзисторов будет изме­няться одинаково, так как U_г действует на оба транзистора в фа­зе. Поскольку напряжения поступают на затворы транзисторов в противофазе, то составляющие тока промежуточной частоты f_np=f_г—f_c или f_np =f_c—f_г будут также в противофазе. В результате вычи­тания токов в нагрузке преобразо­вателя L2C2 будет выделена разностная составляющая, т. е. проме­жуточная частота.

В балансном преобразователе частоты, как и в двухтактном

усилителе, четные гармоники преобразуемого сигнала взаимно компенсируются, что сильно снижает нелинейные искажения. Кроме того, достигается компенсация составляющих промежуточ­ной частоты, обусловленных помехами.

Рис. 4.1. Схема балансного преобразова­теля частоты на транзисторах

Введение в БД.

Управление базами данных - это формальная дисциплина в компьютерном мире, заполненном разнообразными моделями данных (иерархическими, сетевыми, ре­ляционными или объектно-ориентированными), в соответствии с которыми суще­ствуют и управляются посредством формализованных правил пользовательские данные и их определения (метаданные). Эти правила связаны с параллельными процессами, целостностью и другими аспектами данных и метаданных таким обра­зом, чтобы случайные доступ к данным и их модификация не могли иметь места (Слайд 2).

Чтобы квалифицировать среду хранения и управления данными как систему базы данных, должны удовлетворяться определенные условия (Слайд 3):

· данные должны иметь известный формат, т.е. формат данных должен быть полностью определен для вычислительной системы, а не только для приклад­ной программы, которая их использует. Этот формат определяется с помощью метаданных, или данных о данных;

· данные должны храниться, извлекаться и модифицироваться только с помо­щью специального рода компьютерной программы, которую принято называть системой управления базами данных (СУБД);

· данные должны быть субъектом управления транзакциями, т.е. субъектом формального множества правил и принципов, которые обеспечивают под­держку целостности данных во время и после завершения операций над ними. Управление транзакциями становится особенно важным, когда множество пользователей и приложений одновременно осуществляет доступ к данным.

Базы данных управляются т.н. системами управления базами данных (СУБД). Правила и функции управления, реализуются неприклад­ным программным обеспечением, а подсистемой среды общесистемного программ­ного обеспечения (полного пакета, содержащего операционные системы, коммуни­кационное программное обеспечение, драйверы устройств и т.д.).

Подсистема про­граммного обеспечения, имеющая такое специфическое назначение, и есть СУБД в расширенном понимании (Слайд 4).

Выводы:

· современная информационная система должна иметь дело с данными, организованными в базы данных;

· создание баз данных и поддержка их функционирования должны осуще­ствляться с помощью предназначенных именно для этих целей специ­альных программных продуктов, которые называются системами управ­ления базами данных.