Радиотехника

Литература

 

Основная

 

1. Айзинов М.М., Байрашевский А.М. Радиотехника и радионавигационные приборы. М.: Транспорт. 1975, 432 с
2. Байрашевский А.М. и др. Судовая радиоэлектроника и радионавигационные приборы: М.:Транспорт, 1988, 271 с.
3. Ковальчук В.С., Никанкин В.К. Судовая радиоэлектроника. М.:Транспорт, 1984, 311 с., ил.
4. Писарев В.А. Радиооборудование морских судов. М.:Транспорт, 1984

 

Дополнительная

 

1. Байрашевский А.М. Атлас «Судовые РЛС» М. Транспорт, 1986
2. Резолюция IМО А.422(11) Технико-эксплуатационные требования к средствам автоматической радиолокационной прокладки (САРП)
3. Резолюция IМО А.574(14) Рекомендации по общим требованиям к электронному навигационному оборудованию
4. Резолюция IМО А.575(14) «Унификация технико-экслуатационных требований к навигационному оборудованию
5. Резолюция IМО А.577(14) Эксплуатационный статус электронных систем, предназначенных для определения места
6. Резолюция IМО А.604(15) Технико-эксплуатационные требования к радиолокационным ответчикам для поиска и спасения
7. Резолюция IМО А.615(15) Радиолокационные маяки-ответчики и судовые радиолокационные ответчики
8. Резолюция IМО А.820(19) Эксплуатационные требования к радиолокационному оборудованию высокоскоростных судов
9. Резолюция MSC.64(67) Принятие новых эксплуатационных требований и поправок к существующим эксплуатационным требованиям
10. Резолюция MSC.74(69) Рекомендации по технико-эксплуатационным требованиям к универсальным судовым системам автоматического опознавания (АНС)
11. Международный кодекс СОЛАС – 74/95

 

Методические указания

 

1. Методические указания к изучению РЛС «Наяда-5» Составитель Бояринцев Е.Л. – Мурманск, МГАРФ. 1992
2. Методические указания к лабораторной работе «Оперативное включение судовой РЛС«Наяда-5» Составитель Бояринцев Е.Л. – Мурманск, МГАРФ. 1992
3. Методические указания к изучению САРП Составитель Власов П.П., Мурманск, МГТУ. 1996
4. Методические указания к изучению радиопеленгатора «Рыбка-М» Составитель Журавлев В.В., Мурманск, МВИМУ. 1986
5. Методические указания к изучению ДВРП «Румб» Составитель Бояринцев Е.Л. – Мурманск, МВИМУ. 1987

 

 

Дисциплина направлена на изучение:

- элементной базы радиотехники;

- радиотехнических сигналов;

-радиотехнических цепей и   устройств;

-процессов протекающих в различных  радиотехнических цепях и устройствах

 

 

Целями дисциплины являются изучение:

- принципов устройства;

- основных характеристик;

- физических процессов;

- режимов работы;

- методов технического использования  отдельных радиотехнических устройств  и приборов используемых в судовом, связном, радиолокационном и радионавигационном оборудовании.

 

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Знание:

- основ радиотехники и радиоэлектроники;

- устройства и принципов действия  элементов радиотехнических схем;

- фундаментальных процессов протекающих  в радиотехнических цепях и  устройствах;

- назначения тех или иных радиотехнических приборов и устройств.

 

Тема 1. Элементная база радиотехники.

 

Электронная и дырочная проводимость в полупроводниках.

 

Полупроводниками называются кристаллические  вещества электрические характеристики, которых занимают промежуточное место между характеристиками диэлектриков и проводников.

Особенностью полупроводников  является то, что благодаря тепловому  движению некоторые валентные электроны вырываются из своих связей и перемещаются по кристаллической решетке.

Валентная связь, из которой вырван электрон, называется дыркой, она обладает свойством положительного электрического заряда. Дырки могут перемещаться по кристаллической решетке как положительные заряды. В процессе перемещения по кристаллической решетке свободные электроны встречают дырки и заполняют их, такое явление называется рекомбинацией.

Проводимость полупроводников значительно возрастает, если в него ввести небольшое количество специально подобранных примесей.

Полупроводники проводимость которых  обусловлена в основном избытком свободных электронов за счет введения примеси называются полупроводниками с электронной проводимостью, или полупроводниками типа n ( от слова negative –отрицательный)

Полупроводники проводимость которых  обуславливается в основном движением дырок, называются полупроводниками с дырочной проводимостью или полупроводниками типа р (от слова р – positive).

Сопротивление полупроводника имеет  отрицательный температурный коэффициент в виду того, что с повышением температуры увеличивается (возрастает) проводимость полупроводника

 

Тема 1.1. Полупроводниковые диоды. Электронно-дырочный переход и его свойства. Вольтамперная характеристика перехода. Характеристики и применение стабилитронов (опорных диодов), туннельных диодов.

 

  Полупроводниковый диод представляет собой контактное соединение полупроводников с различным характером  электропроводимости р или n.

На Рис.1а электроны изображены кружками со знаком «минус», а дырки  – кружками со знаком «плюс»

Когда положительный полюс источника  напряжения прикладывается к р области, а отрицательный к n области ( Рис.1б), дырки отталкиваются положительным потенциалом, а электроны – отрицательным. При этом в пограничном слое ( р-n переходе) дырки и электроны движутся навстречу друг другу и происходит их рекомбинация. Вместе с тем через р-n переход проходит значительный ток и сопротивление перехода будет малым.

Принято говорить ( в этом случае) что  к  р-n переходу приложено напряжение в прямом или в пропускном направлении.

Если полярность напряжения на зажимах  полупроводникового диода изменить ( Рис.1в), то есть к р области приложить отрицательный потенциал, а  к n области положительный, то дырки будут притягиваться к  отрицательному полюсу источника питания, а электроны к положительному. Тогда дырки и электроны расходятся в противоположных направлениях и число рекомбинаций в единицу времени уменьшается, сопротивление р-n перехода увеличится. Таким образом в р-n переходе создается запорный барьер, так как напряжение приложено в диоду в обратном (запорном) направлении.

Благодаря своей способности пропускать ток в одном направлении и не пропускать в другом диод обладает выпрямляющим действием. Эффективность выпрямления пропорциональна отношению сопротивлений р-n перехода в запорном и пропускном направлениях.

 

 

Рис 1 Принцип работы полупроводникового диода

 

Свойства диода определяются его  вольтамперной характеристикой (ВАХ) i=f(u) и параметрами.

Основными электрическими параметрами  полупроводниковых диодов считаются:

- наибольший выпрямленный ток;

- максимальное допустимое обратное напряжение;

- сопротивление диода в прямом  направлении,

- сопротивление диода в обратном  направлении

 

 

Рис.2 Вольтамперная характеристика диода

 

Конструктивно полупроводниковые  диоды разделяются на плоскостные  и точечные, по назначению на выпрямительные, детекторные, смесительные, генераторные, варикапы и прочее, по диапазону рабочих частот – на низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные.

 

Полупроводниковые диоды используются широко для детектирования и преобразования радиосигналов в широком диапазоне частот и для выпрямления переменного тока.

Полупроводниковые диоды экономичны, имеют малые габариты, высокую  механическую прочность, большой срок службы.

Недостаток заметное влияние окружающей  температуры на характеристики диода.

 

Отличительным свойством диодов называемых туннельными является наличие в ВАХ падающего участка при положительных значениях напряжения и высокая проводимость диода при отрицательных напряжениях.

 

 

Рис.3. Вольтамперная характеристика туннельного диода

 

Наличие падающего участка на вольтамперной характеристике (отрицательного дифференциального сопротивления) позволяет широко использовать туннельные диоды в качестве переключателей, для генерирования гармонических и импульсных колебаний в очень широком диапазоне частот, достигающем 40000 МГц.

Достоинства туннельных диодов: независимость  вольтамперной характеристики от температуры, низкий уровень шумов и прочие.

Изготавливаются на основе германия, кремния, арсенида галлия, и других полупроводниковых материалов.

 

Стабилитроны (опорные диоды) полупроводниковые стабилизаторы напряжения. Представляют собой плоскостной кремниевый диод работающий в области обратных напряжений ВАХ, поэтому включается в схему стабилизации напряжения источников питания обратной полярностью.

Для стабилизации малых напряжений (0.1-1.5 В) применяются специальные кремниевые диоды называемые стабисторами, которые работают в режиме прямого тока, поэтому включаются в схему в прямом направлении.

 

Варикапы (переводится переменная емкость) представляют собой полупроводниковые диоды с изменяющейся емкостью р-n перехода, которая зависит от приложенного к переходу напряжения. Отличительная особенность варикапов от других типов диодов – большая линейность изменения емкости от приложенного напряжения. Используются в качестве конденсаторов с управляемой емкостью в схемах автоматической подстройки частоты, частотной и фазовой модуляции и других.

 

Тема 1.2. Транзисторы. Биполярный транзистор. Принцип работы. Схемы включения с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Характеристики и параметры транзистора. Транзистор как усилитель. Полевые транзисторы. Принцип действия, характеристики, применение.

 

Полупроводниковые триоды, получившие название транзисторов (transfer resistor — преобразователь сопротивлений), используются для усиления и генерации электрических колебаний. Полупроводниковый триод имеет три электрода: эмиттер, основание, или базу, и коллектор.

Для лучшего понимания  принципа работы триода следует познакомиться с явлением инжекции дырок и электронов в полупроводниках. Если на проволочное острие точечного диода или на р-область  р—n перехода плоскостного диода подать положительное напряжение, то под действием положительного потенциала валентные электроны ближайших к р—n переходу атомов n-области будут перемещаться к острию или в р-область, и одновременно из острия или р-области будут перемещаться дырки в n-область монокристалла германия. В данном случае говорят, что n-область инжектирует электроны в р-область, а р-область инжектирует дырки в n-область

Полупроводниковые триоды, как и  диоды, могут быть точечными и плоскостными. На рис.4 изображена схема устройства и включения плоскостного триода типа р—n—р. Он состоит из трех слоев полупроводника: тонкого среднего слоя с электронной n-проводимостью и двух боковых слоев с дырочной р-проводимостью. Слой n является основанием, или базой, триода, а слой р служит эмиттером и коллектором.

Между основанием и эмиттером  приложено напряжение U_a (называемое эмиттерным) плюсом на эмиттер. Между основанием и коллектором действует напряжение U_K (называемое коллекторным) минусом на коллектор. Основание и коллектор, как нетрудно видеть из рис.4, образуют полупроводниковый диод, работающий в режиме обратного тока, поскольку при полярности приложенного напряжения электроны и дырки уходят от границы этих слоев и сопротивление перехода между ними увеличивается.

Эмиттер инжектирует дырки  в средний слой л-типа. Благодаря малой толщине n-слоя большинство инжектируемых дырок, за исключением рекомбинировавшихся с электронами, доходит до^- границы между основанием и коллектором, и далее дырки свободно переходят в коллектор, поскольку напряжение, приложенное к коллектору, способствует переходу дырок из электронного слоя в дырочный.

На эмиттер, кроме постоянного, подается также переменное напряжение сигнала, которое необходимо усилить. В момент положительного полупериода число дырок, инжектируемых в основание, увеличится, а ток в коллекторе возрастает, и на сопротивлении нагрузки R_n, включенном в цепь коллектора, выделяется усиленное напряжение. Эмиттер и основание в этот момент образуют диод, работающий в режиме прямого тока, что еще больше увеличивает ток в коллекторе за счет инжекции дырок и соответственно усиление.

Рассмотренная схема включения  полупроводникового триода называется схемой с общим (или заземленным) основанием или общей (заземленной) базой.

 

 

Рис.4. Плоскостной транзистор p-n-p с общим основанием

 

Применяются также схемы  усилителей на полупроводниковых триодах с общим эмиттером (рис. 5).

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5. Плоскостной транзистор p-n-p с общим эмиттером

 

Особенностью данной схемы является то, что в цепи, где включено усиливаемое переменное напряжение, проходит не ток эмиттера, а разность токов эмиттера I₁ и коллектора I₂. Так как эти токи близки по величине, то ток в цепи основания и источника усиливаемого напряжения оказывается в десятки раз меньше, чем ток эмиттера. Таким образом, при малом изменении тока на входе триода получаем в десятки раз большее значение тока через сопротивление нагрузки R_Н, т. е. имеем значительное усиление.