В учебнике изложены основы теории детерминированных и случайных сигналов, линейных и нелинейных цепей с постоянными параметрами, оптимальной и дискретной фильтрации сигналов, а также автогенераторов. Помимо теоретического материала приводятся контрольные вопросы. подробно рассмотренные примеры решения задач, а также задачи для самостоятельного решения (с ответами).
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 210400 «Радиотехника».

Тригонометрический ряд Фурье.
Тригонометрический, гармонический ряд, который чаще всего называют просто рядом Фурье, среди радиотехнических приложений функциональных рядов занимает особое место: важность разложения сигнала но ортогональной гармонической системе функций определяется, в частности, тем характером преобразования, которое претерпевает сигнал при прохождении через стационарную линейную цепь.

Выходным сигналом в этом случае является гармонический сигнал с той же круговой частотой со, отличающийся от входного амплитудой и фазовым сдвигом. Если разложение входного сигнала по системе тригонометрических функций известно, то выходной сигнал может быть получен как сумма независимо преобразованных цепью входных гармоник. Кроме этого обеспечивается возможность использования в расчетах так называемого символического метода (метода комплексных амплитуд), хорошо известного из курса теории цепей.

Оглавление
Предисловие
1. Основные характеристики детерминированных сигналов
1.1. Сигналы, модели сигналов
1.2. Обобщенный ряд Фурье
1.3. Тригонометрический ряд Фурье
1.4. Спектры некоторых периодических сигналов
1.5. Преобразование Фурье и его свойства
1.6. Преобразование Фурье некоторых сигналов
1.7. Теоремы о спектрах
1.8. Спектральные функции произведения и свертки сигналов
1.9. Преобразование Фурье некоторых неинтегрируемых абсолютно сигналов
1.10. Энергетические соотношения в спектральном анализе
1.11. Корреляционный анализ детерминированных сигналов
1.12. Свертка сигналов
1.13. Корреляционно-спектральный анализ детерминированных сигналов
Задачи
2. Модулированные радиосигналы
2.1. Модуляция. Основные понятия
2.2. Радиосигналы с амплитудной модуляцией
2.3. Радиосигналы с угловой модуляцией
2.4. Фурье-анализ модулированных радиосигналов
2.5. Амплитудно-импульсная модуляция
2.6. Внутриимпульсная модуляция
2.7. Комплексная огибающая радиосигнала. Взаимная корреляционная функция модулированных сигналов
2.8. Аналитический сигнал и преобразование Гильберта
Контрольные вопросы и задания
Задачи
3. Основы теории случайных процессов
3.1. Ансамбль реализаций
3.2. Вероятностные характеристики случайных процессов
3.3. Корреляционные функции случайных процессов
3.4. Стационарные и эргодические случайные процессы
3.5. Спектральные характеристики случайных процессов
3.6. Теорема Винера-Хинчина
3.7. Узкополосный случайный процесс
Контрольные вопросы и задания
Задачи
4. Линейные цепи с постоянными параметрами
4.1. Частотные и временные характеристики линейных цепей. Методы анализа прохождения детерминированных сигналов
4.2. Расчет переходной и импульсной характеристик линейной цепи
4.3. Преобразование характеристик случайного процесса в линейной цепи
4.4. RC-фильтры нижних и верхних частот и их характеристики
4.5. Прохождение сигналов через простейшие RC-цепи
4.6. Одиночный колебательный контур и его основные характеристики
4.7. Линейные цепи с обратной связью
4.8. Условия устойчивости линейной цепи
Контрольные вопросы и задания
Задачи
5. Принципы оптимальной линейной фильтрации сигналов на фоне помех
5.1. Согласованная фильтрация детерминированных сигналов
5.2. Отношение «сигнал/шум» на входе и выходе согласованного фильтра
5.3. Применение согласованных фильтров
5.4. Оптимальная фильтрация при небелом шуме
5.5. Квазиоптимальная фильтрация детерминированных сигналов
5.6. Оптимальная фильтрация случайных сигналов
Контрольные вопросы и задания
Задачи
6. Основы дискретной фильтрации сигналов
6.1. Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы
6.2. Шумы квантования
6.3. Теорема Котельникова
6.4. Спектр дискретизированного сигнала
6.5. Дискретное преобразование Фурье
6.6. Быстрое преобразование Фурье
6.7. Метод z-преобразования
6.8. Алгоритм дискретной фильтрации
6.9. Системная функция дискретною фильтра
6.10. Рекурсивные и нерекурсивные дискретные фильтры
6.11. Формы реализации цифровых фильтров
6.12. Методы синтеза дискретных фильтров
6.13. Примеры синтеза цифровых фильтров
6.14. Дискретные случайные сигналы
Контрольные вопросы и задания
Задачи
7. Преобразования радиосигналов в нелинейных радиотехнических цепях
7.1. Нелинейные элементы
7.2. Аппроксимация нелинейных характеристик
7.3. Воздействие гармонического пинала на безынерционный нелинейный элемент
7.4. Би- и полигармоническое воздействие на безынерционный нелинейный элемент. Преобразование частоты сигнала
7.5. Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты
7.6. Получение амплитудно-модулированных колебаний
7.7. Амплитудное детектирование
7.8. Частотное и фазовое детектирование
7.9. Воздействие случайного стационарного сигнала на безынерционный нелинейный элемент
Контрольные вопросы и задания
Задачи
8. Генерирование гармонических колебаний
8.1. Автоколебательная система
8.2. Баланс амплитуд и баланс фаз
8.3. Возникновение колебаний в автогенераторе
8.4. Стационарный режим работы автогенератора
8.5. Мягкий и жесткий режимы самовозбуждения
8.6. Нелинейное уравнение автогенератора
8.7. Анализ схем LC-автогенераторов
8.8. RC-автогенераторы и автогенераторы с внутренней обратной связью
Контрольные вопросы и задания
Задачи
Приложение. Ответы к задачам
Ответы к задачам главы 1
Ответы к задачам главы 2
Ответы к задачам главы 3
Ответы к задачам главы 4
Ответы к задачам главы 5
Ответы к задачам главы 6
Ответы к задачам главы 7
Ответы к задачам главы 8
Список литературы
Алфавитный указатель.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Радиотехнические цепи и сигналы, Иванов М.Т., Сергиенко А.Б., Ушаков В.Н., 2014 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Радиотехнические цепи и сигналы выпуск 3

Учебник для ВУЗов
Баскаков С.И. Издательство Высшая школа, Москва 2000 год

Подготавливая третье издание учебника, автор решил сохранить перечень глав и принцип организации учебного материала, принятые в предыдущих изданиях. Изменения коснулись лишь некоторых вопросов. Так, при изложении теории модулированных колебаний кратко рассматривается метод построения многоканальных систем на примере стереофонического радиовещания. В заключительную главу учебника введен параграф, дающий читателю возможность познакомиться с основными понятиями теории информации и научиться оценивать пропускную способность некоторых радикалов, близких по своим свойствам к тем, которые используются на практике. Наконец, в текст учебника введен материал, касающийся теории вейвлет-преобразований, которые в последние годы вызывают растущий интерес среди радиоинженеров.

В основу учебника положен материал лекций, которые автор на протяжении последних лет читал студентам радиотехнического факультета Московского энергетического института (технического университета). Хочется выразить искреннюю признательность моим многочисленным ученикам за их интерес к этому курсу и за стремление по-настоящему глубоко освоить фундаментальные принципы современной радиотехники. Автор благодарен своим коллегам по кафедре основ радиотехники и многим сотрудникам радиотехнического факультета МЭИ, которые неизменно помогали в работе своими советами и обсуждениями, а также рецензенту книги профессору М.П. Демину за полезные замечания.

При подготовке этой книги к печати мною были приложены все усилия к тому, чтобы устранить неточности, допущенные в предыдущих изданиях. Если внимательный читатель обнаружит погрешности и в этом издании, то автор целиком берет на себя моральную ответственность за их появление.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

С. И. Малинин Радиотехнические цепи и сигналы

конспект лекций

CАНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 621.396.6:681.3

ББК з 844.1я73-5

Конспект лекций разработан в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Целью изучения дисциплины является - вооружить студентов знаниями в области синтеза и анализа различных радиотехнических цепей и освоения принципов обеспечения помехоустойчивости при передаче, приёме и воспроизведении сигналов.

Основной задачей дисциплины является изучение принципов генерации, усиления, излучения и приёма электромагнитных волн, относящихся к радиодиапазону; практическое использование этих волн для целей передачи, хранения и преобразования информации.

Конспект лекций предназначен для студентов специальности 210601.65 – радиоэлектронные системы и комплексы.

Малинин С.И.

Д 33. Радиотехнические цепи и сигналы/. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб, 2013, 226 с.

УДК 621396.6:681.3.

ББК з 844.1я73-5

© Национальный минерально-сырьевой

университет «Горный», 2013

Введение

Целью изучения дисциплины является вооружить студентов знаниями в области синтеза и анализа различных радиотехнических цепей и освоения принципов обеспечения помехоустойчивости при передаче, приёме и воспроизведении сигналов, принципов генерации, усиления, излучения и приёма электромагнитных волн, относящихся к радиодиапазону; практическому использованию этих волн для целей передачи, хранения и преобразования информации.

Дисциплина «Радиотехнические цепи и сигналы» полностью соответствует учебной программе, относится к циклу ОПД.Ф.07 и изучается студентами специальности 210302.65 всех форм обучения в двух семестрах.

Совершенствование лекций по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы» было и остается актуальной задачей в связи с развитием радиотехники в целом. Новизна предлагаемого текста лекций заключается в обновленной методике изложения материала, связанной с более глубоким освещением тех вопросов, которые, по мнению автора, недостаточно освещались в предыдущих изданиях, и приобрели актуальность к настоящему времени.

Данный текст лекций не заменяет классических учебников, приведенных в списке литературы, а позволяет систематизировать изучаемый материал и дает возможность более свободно ориентироваться в большом объеме литературы.

1. Детерминированные радиотехнические сигналы

1.1. Основные задачи, решаемые радиотехникой

Радиотехника – это область науки и техники, занимающаяся изучением и применением электромагнитных колебаний и волн радиочастотного диапазона. К радиодиапазону относят частоты ниже инфракрасного диапазона (3 ТГц, что равно 3×10 12 Гц).

Радиотехникой решается множество задач, главная из которых – передача информации на расстояние с помощью радиоволн.

Радиоволны – это электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, распространяющиеся в пространстве без искусственных направляющих линий. Развитие радиотехники началось с изобретения устройства для приема электромагнитных волн (Попов, Маркони).

Радиосвязь – это связь между объектами посредством радиоволн. Радиосвязь бывает:

односторонняя,

двусторонняя,

между двумя объектами,

между несколькими объектами,

между подвижными или неподвижными объектами

Круг применения радиотехники постоянно расширяется. В настоящее время радиотехника обеспечивает не только передачу, но и получение информации об окружающей среде. Радиотехника обеспечивает воздействие на природные или технические объекты:

радиолокацию,

радионавигацию,

радиоуправление,

радиотелеметрию и др.

Радиолокация решает задачи обнаружения и распознавания различных объектов, а также определения их координат и параметров движения с помощью радиоволн (корабли, самолеты, ракеты, сооружения на земле, облака, осадки и т. д.). Радиолокация позволяет точно измерить расстояние от Земли до Луны и других планет.

Радионавигация решает задачи управления и движения по оптимальным траекториям различных объектов. Основные задачи, решаемые радионавигацией, - определение оптимального курса и географических координат объекта.

Радиоуправление обеспечивает автоматическое управление объектами на расстоянии при помощи радиоволн, радиотехнических методов и средств. Обеспечивает движение летательных аппаратов в автоматическом режиме (искусственные спутники Земли, метеорологические зонды и т. д.).

Радиотелеметрия решает задачи измерения на расстоянии при помощи радиоволн, например, на труднодоступных объектах - радиозондах, спутниках земли и т. д.

Радиотехника широко применяется в медицине, радиотехнические методы и устройства широко применяются во всех областях науки и техники.

Информация – это совокупность сведений о событиях, явлениях, предметах, предназначенная для передачи, приема, хранения, использования. Все применения радиотехники связаны с передачей информации.

Для передачи информации нужно представить ее в некоторой форме. Информация, представленная в такой форме, называется сообщением . Бывают звуковые сообщения, текстовые сообщения и

Сообщение (информация) может быть передано на расстояние с помощью определенного материального носителя. В роли носителя выступают различные сигналы.

Сигналы – это физические процессы, значения параметров которых отражают передаваемые сообщения (электрические колебания и электромагнитные колебания и волны).

Радиоканал обеспечивает передачу сообщения из одной точки в другую. Основные элементы радиоканала:

передатчик,

приемник,

физическая среда, в которой распространяются радиоволны.

Процессы, обеспечивающие функционирование радиоканала на примере канала радиосвязи:

1 – Источник сообщения (человек, аудиокассета…).

2 – Преобразователь сообщения в электрический сигнал (микрофон, магнитофон…). На выходе преобразователя получают сигналы сообщения. Эти сигналы, как правило, низкочастотные, и они не используются для возбуждения радиоволн, так как размеры антенны должны быть соизмеримы с длиной волны. Для передачи информации ее модулируют. Модуляция состоит в изменении параметров высокочастотных (вторичного сигнала) колебаний в соответствии с низкочастотным (первичным) сигналом. Высокочастотный сигнал, измененный в соответствии с низкочастотным сигналом, называют модулированным сигналом.

3 – Радиопередатчик (модулятор).

Высокочастотные колебания излучаются передающей антенной. Радиоволна становится материальным носителем сообщения. Часть энергии улавливается приемной антенной.

4 – Радиоприемник. Служит для приема сигналов и преобразует их к начальному виду (процесс преобразования высокочастотного модулированного сигнала в низкочастотный сигнал называется демодулированием, или детектированием). На выходе приемника 4 возникает низкочастотный сигнал, близкий к передаваемому сигналу. Низкочастотный сигнал частично искажается помехами и т. д. Приемник конструируют таким образом, чтобы он максимально ослаблял помехи.

5 – Преобразователь электрического сигнала в сообщение.

6 – Получатель сообщения.

В основном все эти процессы связаны с различными преобразованиями сигналов. Преобразование осуществляется посредством радиотехнических цепей.

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

"Пример иногда полезнее правила" И. Ньютон

Из собственного опыта читатель, безусловно, знает, что неотъемлемой частью процесса изучения точных - прежде всего, математики и физики, а также многих естественных наук является решение задач. Впервые столкнувшись с задачами в школьные годы, мы затем настолько привыкаем к ним, что не утруждаем себя вопросами о том, что же представляет собой задача как таковая, в чем состоит ее познавательная роль. Более того, иные учащиеся относятся к задачам как к неизбежному злу, которое нужно просто терпеливо пережить. В связи с этим полезно отметить, что европейские наука и педагогика, история которых насчитывает не одно тысячелетие, лишь к концу XVII века пришли к выводу о том, что обучение, основанное на механическом заучивании теоретических положении, чрезвычайно неэффективно. Слова Ньютона из его учебника "Алгебра", взятые в качестве эпиграфа, удачно подчеркивают принцип, который вряд ли устареет - залогом успешного учения служит активное познавательное творчество учащегося, который получает возможность на собственном опыте увидеть теорию в действии.

Учебные задачи по своей природе близки к шахматным этюдам или, скорее к тем гаммам и арпеджио, без которых не обошелся ни один начинающий музыкант. Хорошо составленная задача несет в себе все черты небольшого научно-педагогического сочинения - ее научная тематика строго очерчена и, что самое главное, для успешного решения задачи нужно самостоятельно сконструировать тот мыслительный алгоритм, который заранее известен педагогу и который учащийся должен продемонстрировать.

Как и все на свете, метод обучения с помощью решения задач имеет собственное внутреннее ограничение: постановка задачи неизбежно беднее той реальности, к которой эта задача относится. С этим обстоятельством непременно нужно считаться, соотнося выводы теории с практикой.

Как научиться решать задачи? По этому поводу написано много серьезных книг. Ни в коей мере не претендуя на обобщение, подчеркнем следующее.

Во-первых, следует выработать в себе отношение к этой деятельности как к увлекательному труду, позволяющему широко

раскрыть интеллектуальные способности человека. Приемы разнообразны - успешно решив задачу, подумайте, какие другие схожие задачи можно решить найденным методом. Не забудьте похвалить себя, если работа ладится. И главное, не впадайте в уныние, если задача упорно "не желает решаться". Отдохнув, принимайтесь за работу снова,- настойчивость в достижении цели является непременной личностной чертой настоящего профессионала. Если не удалось справиться с трудностью самостоятельно и приходится обращаться к преподавателю, не ставьте во главу угла "рецептурную" сторону дела - ведь цель не просто получить верный ответ, а как можно глубже понять, почему надо действовать именно так, а не иначе.

Во-вторых, открыв учебник, не следует сводить дело к подыскиванию формулы, которая немедленно даст нужный ответ. Формальное знание теории является необходимым, но отнюдь не достаточным условием успешного решения задачи. Самой главной мыслительной процедурой всегда была некоторая догадка, а это и есть, по сути дела, начало любого творчества. Если сразу ясно, как решать ту или иную задачу, ею все равно не следует пренебрегать. Аккуратное доведение до конца всех выкладок и расчетов очень важно для формирования навыка самостоятельной работы.

Пользуюсь возможностью высказать признательность рецензенту книги - проф. М.П. Демину за полезные советы и благожелательную критику.

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Настоящая книга содержит материал к упражнениям по курсу "Радиотехнические цепи и сигналы".

Учебник. — М.: Высшая школа, 1983. — 536 с.: ил.Учебник содержит систематическое изложение разделов теоретической радиотехники, входящих в программу курса "Радиотехнические цепи и сигналы".
Рассматриваются вопросы общей теории сигналов и их спектральных представлений. Приводятся элементы статистической радиотехники и методы анализа прохождения сигналов через линейные, нелинейные и параметрические системы. Излагаются теории цепей с обратной связью, автоколебательных систем устройств цифровой обработки сигналов, оптимальных линейных фильтров.
Для студентов радиотехнических специальностей вузов. Может быть использован радиоинженерами и лицами, повышающими квалификацию в области теоретической радиотехники.Предисловие
Введение Радиотехнические сигналы
Элементы общей теории радиотехнических сигналов
Классификация радиотехнических сигналов.
Динамическое представление сигналов.
Геометрические методы теории сигналов.
Теория ортогональных сигналов.
Спектральные представления сигналов
Периодические сигналы и ряды Фурье.
Спектральный анализ непериодических сигналов. Преобразование Фурье.
Основные свойства преобразования Фурье.
Спектральные плотности неинтегрируемых сигналов.
Преобразование Лапласа.
Основные свойства преобразования Лапласа.
Энергетические спектры сигналов. Принципы корреляционного анализа
Взаимная спектральная плотность сигналов. Энергетический спектр.
Корреляционный анализ сигналов.
Функция автокорреляции дискретных сигналов.
Взаимная функция корреляции двух сигналов.
Модулированные сигналы
L Сигналы с амплитудной модуляцией.
Сигналы с угловой модуляцией.
Сигналы с внутриимпуль-сной частотной модуляцией.
Сигналы с ограниченным спектром
Некоторые математические модели сигналов с ограниченным спектром и их свойства.
Теорема Котельникова.
Узкополосные сигналы.
Аналитический сигнал и преобразование Гильберта.
Основы теории случайных сигналов
Случайные величины и их характеристики.
Статистические характеристики систем случайных величин.
Случайные процессы.
Корреляционная теория случайных процессов
Спектральные представления стационарных случайных процессов.
Дифференцирование и интегрирование случайных процессов.
Узкополосные случайные процессы.Радиотехнические цепи, устройства и системы
Воздействие детерминированных сигналов на линейные стационарные системы
Физические системы и их математические модели.
Импульсные, переходные и частотные характеристики линейных стационарных систем.
Линейные динамические системы.
Спектральный метод.
Операторный метод.
Воздействие детерминированных сигналов на частотно-избирательные системы
Модели частотно-избирательных цепей.
Частотно-избирательные цепи при широкополосных входных воздействиях.
Частотно-избирательные цепи при узкополосных входных воздействиях.
Воздействие случайных сигналов «а линейные стационарные цепи
Спектральный метод анализа прохождения случайных сигналов через линейные стационарные цепи.
Источники флуктуационных шумов в радиотехнических устройствах.
Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях
Безынерционные нелинейные преобразования.
Спектральный состав тока в безынерционном нелинейном элементе при гармоническом внешнем воздействии.
Нелинейные резонансные усилители и умножители частоты.
Безынерционные нелинейные преобразования суммы гармонических сигналов.
Амплитудная модуляция. Детектирование AM-сигналов.
Воздействие стационарных случайных сигналов на безынерционные нелинейные цепи.
Преобразования сигналов в линейных параметрических цепях
Прохождение сигналов через резистивные параметрические цепи.
Энергетические соотношения в параметрических реактивных элементах цепи.
Принципы параметрического усиления.
Нестационарные динамические системы.
Воздействие гармонических сигналов на параметрические системы со случайными характеристиками.
Основные теория синтеза линейных радиотехнических цепей
Аналитические свойства входного сопротивления линейного пассивного двухполюсника.
Синтез пассивных двухполюсников.
Частотные характеристики четырехполюсников.
Фильтры нижних частот.
Реализация фильтров.
Активные цепи с обратной связью и автоколебательные системы
Передаточная функция линейной системы с обратной связью.
Устойчивость цепей с обратной связью.
Активные RС-фильтры.
Автогенераторы гармонических колебаний. Режим малого сигнала.
Автогенераторы гармонических колебаний. Режим большого сигнала.
Дискретные сигналы. Принципы цифровой фильтрации
Дискретные импульсные последовательности.
Дискретизация периодических сигналов.
Теория z-преобразования.
Цифровые фильтры.
Реализация алгоритмов цифровой фильтрации.
Синтез линейных цифровых фильтров.
Оптимальная линейная фильтрация сигналов
Оптимальная линейная фильтрация сигналов известной формы.
Реализация согласованных фильтров.
Оптимальная фильтрация случайных сигналов.Приложения
Рекомендуемая литература
Предметный указатель