Аналоговые устройства. 
Электроника и схемотехника

Назначение, основные типы и функции аналоговых устройств.

К аналоговым устройствам относятся функциональные электронные узлы, предназначенные для выполнения различных операций и преобразований над непрерывными (аналоговыми) сигналами.

Благодаря успехам, достигнутым в развитии цифровой техники, и широкому ее внедрению в нашу повседневную жизнь у многих складывается представление, что аналоговая техника изжила себя и аналоговые устройства в недалеком будущем будут полностью вытеснены цифровыми. Такое представление является ошибочным и не соответствует действительности. Ярким примером может служить радиоаппаратура. Способ доставки информации от источника к потребителю по радиоканалу базируется на использовании открытого пространства, или эфира, в качестве среды передачи сообщений и реализуется с помощью гармонических колебаний. Его неоспоримым достоинством является возможность обмена информацией между движущимися объектами. Для более полного представления о процессах, протекающих при передаче информации по радиоканалу, взаимодействии аналоговых устройств радиопередатчика и радиоприемника и выполняемых ими преобразований, воспользуемся схемой приемопередатчика с амплитудной модуляцией и временными диаграммами напряжений в отдельных точках передающего и приемного трактов (рис. 1.1).

Радиопередатчик имеет два тракта: низкочастотный и высокочастотный.

Низкочастотный тракт содержит преобразователь исходной информации и усилитель низкой частоты. Поступающие от источника информации (абонента) звуковые колебания с помощью микрофона преобразуются в электрический сигнал. Копия передаваемого сообщения в виде электрического сигнала подается на усилитель мощности низкой частоты.

Рис. 1.1. Схема радиоканала и временные диаграммы при передаче тонального сигнала

Высокочастотный тракт предназначен для создания электромагнитных колебаний, которые служат средством доставки передаваемой информации. Средство доставки необходимо «загрузить» передаваемым сообщением, как почтовый вагон письмами, бандеролями, посылками. Иначе оно уйдет в путь пустым. Процесс вложения информации в электромагнитные колебания называется модуляцией и состоит в изменении амплитуды (частоты или фазы) электромагнитных колебаний по закону передаваемого сообщения. При амплитудной модуляции модулятором служит оконечный усилительный каскад высокой частоты. С помощью низкочастотных колебаний изменяется коэффициент усиления оконечного усилителя, а следовательно, амплитуда высокочастотных колебаний на его выходе. При управлении фазой и частотой модулятор строится на варикапах, емкость которых зависит от напряжения.

В состав высокочастотного тракта входят:

• • задающий генератор, который вырабатывает гармонические колебания со стабильной частотой. По сути дела генератор преобразует постоянное напряжение Е источника питания в колебания, изменяющиеся по гармоническому закону: и_ж© = t/cos (co? + ср), где U,(.о, ср — амплитуда, частота и начальная фаза, причем со = 2к/Т; Ф = соt_c; Т — период колебаний; ?_с — временной сдвиг;
• • умножитель частоты, предназначенный для повышения частоты со гармонических колебаний в целое число N раз с сохранением ее стабильности. На рис. 1.1 приведена форма выходных колебаний и_уч для Л^г = 2;
• • усилитель высокой частоты, обеспечивающий требуемый уровень напряжения м_увч на выходе, необходимый для нормальной работы амплитудного модулятора;
• • амплитудный модулятор, осуществляющий изменение амплитуды высокочастотных колебаний м_увч по закону передаваемого сообщения, который заложен в огибающей напряжения и_АМ;
• • согласующее устройство, обеспечивающее оптимальные условия передачи мощности от амплитудного модулятора к антенне;
• • передающую антенну, предназначенную для преобразования электрических колебаний в электромагнитные волны и излучения их в открытое пространство.

В процессе распространения радиоволн плотность потока энергии быстро убывает. Если передающая антенна излучает равномерно во все направления, то мощность передатчика равномерно распределяется по всей поверхности верхней полусферы. Поэтому приемной антенны достигает лишь малая часть излученной мощности передаваемого сообщения. Кроме того, на приемную антенну воздействуют электромагнитные колебания, поступающие от многих других источников. В приемной антенне энергия электромагнитных волн преобразуется в энергию электрических колебаний.

Радиоприемник должен выполнить три основные функции:

• • выделить полезный сигнал с требуемой частотой;
• • повысить уровень мощности выделенного полезного сигнала до необходимой величины;
• • выделить сообщение из принятого сигнала, т. е. выполнить операцию детектирования, обратную по отношению к модуляции.

Большинство приемников строятся по супергетеродииной схеме с однократным преобразованием частоты. В таких приемниках предварительная избирательность и усиление полезного сигнала с требуемой частотой осуществляются в тракте высокой частоты, содержащем:

• • входную цепь, представляющую собой один или два колебательных контура, с помощью которых выделяется полезный сигнал;
• • усилитель высокой частоты, предназначенный для повышения уровня мощности сигнала (м_вхУВЧ, и_выхУВЧ), чтобы уменьшить влияние собственных шумов последующих каскадов приемника и увеличить соотношение мощностей сигнал/шум на выходе приемника;
• • преобразователь частоты, содержащий вспомогательный источник гармонических колебаний, именуемый гетеродином, и смеситель. На входы смесителя поступают гармонические колебания с выхода гетеродина и амплитудно-модулированный сигнал г/_выхУВЧ с выхода усилителя высокой частоты. В результате перемножения этих колебаний на выходе смесителя выделяется колебание с промежуточной (разностной) частотой (г/_ВЬ1хПЧ).

Основное усиление приемника и подавление соседних каналов приема обеспечивает тракт промежуточной частоты, включающий в себя:

• • усилитель промежуточной частоты с фильтром сосредоточенной избирательности;
• • амплитудный детектор, позволяющий выделить из амплитудномодулированного сигнала посланное сообщение в виде низкочастотного гармонического колебания (м_выхЛД). При частотной и фазовой модуляции используются соответственно частотный и фазовый детекторы.

В состав низкочастотного тракта приемника входят:

• • усилитель низкой частоты, который повышает мощность низкочастотного сигнала до требуемого уровня с сохранением его формы;
• • динамик, предназначенный для воспроизведения звуковых колебаний (м_д).