Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники, страница 3

маемого передатчика, но и вырезают из спектра принимаемых частот те частоты, на которых помехи проявляются наиболее сильно. Кроме помех от других радиостанций антенна приемника принимает естественные помехи, возникающие в атмосфере и космосе. Приходится также считаться и с помехами, создаваемыми различными электрическими устройствами и машинами: трамваями, троллейбусами, системой зажигания двигателей автомобилей и самолетов и т. п.

Такие помехи называются индустриальными [1~. Наиболее эффективным способом борьбы с индустриальными помехами является устранение или уменьшение их в местах возникновения. Например, напряженность поля индустриальных помех удается во много раз уменьшить устранением искрения коллектора электрического мотора, уменьшением искрения токосъем. ников трамвая и троллейбуса, выбором материалов для токоснимающих контактных устройств и изменением их конструкции, экранированием электропроводки на самолете и в автомобиле, применения фильтров в цепях питания электрических приборов и другими мерами. Наряду с помехами, возникающими вне приемного или усилительного устройства, приходится считаться с помехами, возникающими внутри устройств. К внутренним помехам относятся тепловьсе шумьь создаваемые резисторами, активными сопротивлениями антенн и колебательных контуров.

Их название связано с хаотическим тепловым движением электрических зарядов внутри проводников. Другим видом внутренних помех являются шумы, возникающие в электронных лампах и транзисторах. Наряду с тепловыми шумами здесь имеет место дробовой шум, связанный с дискретным характером выходного тока электронного прибора и его случайными флуктуациями. Характеристики помех и их влияние на работу радиоэлектронных устройств рассматриваются в конце книги, но уже на начальном этапе изучения радиоэлектроники полезно иметь представление о сложности проблемы борьбы с помехами.

Все развитие радиоэлектроники, например освоение новых диапазонов, выбор методов модуляции и формы сигналов, в значительной степени связано с ее .решением. Нетрудно реализовать электронный усилитель с очень большим усилением. Однако предел целесообразного усиления определяется шумамв на входе усилителя.

Это относится также к повышению чувствительности радиоприемных и других электрических устройств и приборов. Например, нецелесообразно дополнительно повышать чувствительность обычного электрического гальваиометра, если от тепловых шумов, возникающих в самом приборе, стрелка или зеркальце гальваиометра отклоняются почти на всю шкалу. Все шумы и помехи, о которых мы говорили до сих пор, относятся к классу аддитивнык помек, так как оии добавляются к сигналу.

Борьба с ними сводится к тому, чтобы их как-то уменьшить и отсеять, а также уменьшить влияние остающейся помехи. Другие помехи образуют класс мультиплинативнык помек. Название помехи показывает, что сигнал как бы умножается на мешающее воздействие. Мультипликативная помеха возникает, когда свойства среды распространения сигнала меняются во времени. Простейший случай — телефонная или радиотрансляционная линия с плохими контактами.

Другим примером мультипликативной помехи являются интерференционные замирания сигнала при приеме коротких волн. Замирания приводят не только к уменьшению принимаемого сигнала или временным прекращениям приема, но и к сильным искажениям сигналов вследствие изменяющегося во времени характера прохождения различных составляющих их спектра. Причинами замираний являются многолучевой характер распространения радиоволн, изменение во времени свойств среды их распространения и интерференция радиоволн, пришедших в место приема различными путями. Один из методов борьбы — прием на два приемника с пространственно-разнесенными антеннами, Замирания в точках расположения приемных антенн наступают в разные моменты времени, и сущность метода сводится к тому, что прием ведется на антенну и приемник, в котором сигнал в данный момент максимален. Кроме пространственного разнесения антенн применяется разнесение по частоте, времени и виду поляризации.

Перечисленные здесь методы борьбы с помехами характеризуют лишь небольшую часть этой важной и сложной проблемы. В последние годы в связи с тем, что на кораблях, самолетах, спутниках и других объектах применяется большое число радиостанций различного назначения, все большее значение приобретает борьба с помехами, которые они создают друг другу. Это так называемая проблема электромагнитной совместимости [21. Глава 2 ЦЕПИ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ 2.1. ЭЛЕМЕНТЫ ЗЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕПИ Для конденсатора и= — '" = — „ГШ, 1=Сг1и/Ж. С С" Для катушки индуктивности и= Ей(с(1; 1'= — 1'иЖ. 1 ь "(2.3) Электрическая цепь состоит из физических элементов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и соединительные провода.

Когда частота электрических колебаний достаточно низка,можно считать, что физические параметры, определяющие свойства цепи (т. е. ее сопротивление, емкость и индуктивность), сосредоточены в соответствующих элементах: резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности. Даже соединительный провод, электрические свойства которого принципиально распределены вдоль его длины, также можно представить в виде сосредоточенных сопротивления, емкости или индуктивности. Например, экранированный соединительный провод длиной 1 м на частоте 1 кГц (длина волны 300 км, что много больше длины соединительного провода) можно на электрической схеме отобразить эквивалентной емкостью 100 — 250 пФ.

Если длина волны электрических колебаний сравнима с длиной соединительного проводника, то его распределенные параметры нельзя отображать эквивалентными сосредоточенными параметрами. Например, на частоте 1 ГГц (длина волны в вакууме 30 см) тот же соединительный проводник длиной 1 м должен рассматриваться как цепь с распределенными параметрами. Следует также иметь в виду, что на высоких частотах приходится учитывать, например, индуктивность выводов конденсатора и его размеры. На высоких частотах можно иногда получить лучшую фильтрацию с помощью конденсатора с малой номинальной емкостью, скажем 500 пФ, чем с помощью конденсатора емкостью 3000 пФ, если первый конденсатор имеет меньшие габаритные размеры.

Свойства элементов электрической цепи математически описываются уравнениями, связывающими напряжение на концах элемента с током, протекающим через него. Так, для резистора и=Я!. (2.1) 2.2. ИСТОЧНИКИ ЭДС И ТОКА Кроме пассивных элементов цепи, таких как сопротивления, емкости и индуктивности, электрическая цепь может содержать активные элементы, к которым относятся источники ЭДС и тока. Их часто называют генераторами. Условные обозначения источников ЭДС и тока показаны на рисунке 2.1. Генератором ЭДС или генератором напрязселия называется источник постоянного или переменного напряжения, имеющий внутреннее сопротивление )т,=О. Напряжение на его зажимах не изменяется при подключении к нему любого сопротивления нагрузки.

о) Ф) Рис. 2,2. Условные обозначения реальных источников, имеюших внутреннее соиротивление Рис. 2З. Условные обозначения на схемах: а — асточннк Эде — генератор напряженая; б — нстачннк тока — генератор така При сопротивлении нагрузки )т' =О, подключенной к зажимам генератора ЭДС, в нагрузку потечет бесконечно болыпой ток. Генератором тока называется источник постоянного или переменного тока, имеющий бесконечно большое внутреннее сопротивление.

Сопротивление в обозначении генератора тока не показывается. При любом сопротивлении нагрузки )т„, подключенной к источнику тока, ток в нагрузке не зависит от ее сопротивления, т. е. остается постоянным. Реальные источники напряжения и тока имеют внутреннее сопротивление )ч, конечной величины. Поэтому реальный источник может быть изображен в виде источника ЭДС и последовательно включенного сопротивления )с, (рис. 2.2,ст) или в виде источника тока и параллельно включенного сопротивления )с, (рис. 2,2,б).

Схемы на рис. 2.2,а и б эквивалентны, потому что прн подключении сопротивления нагрузки к реальному источнику напряжения ток в нагрузке будет таким же. 2.3. СОГЛАСОВАНИЕ ИСТОЧНИКА С НАГРУЗКОЙ. ВСЕГДА ЛИ ОНО НЕОБХОДИМОг Для реального источника ЭДС с ненулевым внутренним сопротивлением )т, оптимальное сопротивление нагрузки )тт„=)ч'„ при котором выделяемая в ней мощность максимальна. В этом случае говорят, что источник и нагрузка согласованы, Отклонение сопро- тивления нагрузки в любую сторону от оптимального значения уменьшает мощность в нагрузке.

Например, можно показать, что прн сопротивлении нагрузки, вдвое большем илн меньшем сопротивления источника, мощность в нагрузке уменьшается на 117« от максимально возможной. Для согласования сопротивления нагрузки с сопротивлением источника переменного тока можно применить согласующий трансформатор. Однако во многих случаях согласование сопротивления нагрузки с сопротивлением источника не только нежелательно, по и недопустимо. Например, при электрическом освещении сопротивление каждой лампы и всех ламп, включенных в сеть параллельно, во много раз больше сопротивления сети и генератора. Это необходимое рассогласование не соблюдается только в плохих сетях, имеющих повышенное сопротивление, где включение или' выключение каждой лампы или другого электрического прибора приводит к тому, что остающиеся включенными лампы горят с недо- накалом или перенакалом, а включения и выключения сопровогкдаются «миганиями» ламп.