Глава 8. Системи радіозв’язку I радіомовлення ……………………………………...…187

8.1. Загальна структура каналу радіозв’язку i діапазони

використовуваних радіочастот ……………………….…………………………..…187

8.2. Антени …………………………………………………………………..……………193

8.3. Основнi технічні показники i структурні схеми радіопередавачів …………...…..200

8.4. Основні експлуатаційні параметри i структурні схеми

радіоприймачів …………..…………………………………..……………………….204

8.5. Особливості побудови деяких елементів радіоприймачів ….….……………….....209

Глава 9. Системи телебачення ………………………………………..………………….216

9.1. Принципи телебачення ………………………….………………...………………....216

9.2. Структури схеми монохромних телевізорів …………..………………………...….222

9.3. Структурна схема кольорового телевізора …………..……………………………..226

Глава 10. Радіолокаційні системи ………………………………………...……………...228

10.1. Принципи радіолокації ….……………………………………………………….....228

10.2. Радіолокація неперервним сигналом ….……………………………………..……230

10.3. Радіолокація імпульсним сигналом …..……………………………………...…….231

10.4. Конструктивні особливості деяких елементів РЛС …………..……………...…...233

Глава 11. Системи електронної обчислювальної техніки …………………...…………238

11.1. Способи технічної реалізації алгоритмів оброблення цифрової

інформації …………………………………………………..……………………….238

11.2. Апаратні засоби ЕОМ .………………...…………………...……………………….242

11.3. Комп’ютерні мережі ……………………….…………..……………...……………249

11.4. Основні типи комп’ютерів ………...……………………………………..………...250

11.5. Oсновнi операційні елементи обчислювальної техніки ………………..………...255

Глава 12. Радіоелектроніка в загальноосвітній школі ……………………...…………..264

12.1. Питання радіоелектроніки в курсі фізики i спецкурсах ………………..………...264

12.2. Радіоелектроніка у кабінеті фізики i засобах навчання ...……………………..…265

12.3. Радіоелектроніка в позакласній роботі ……………………………..……………..267

12.4. Елементи радіоелектроніки в технічній творчості школярів ...……………..…...271

Список використаної та рекомендованої літератури .....……...……………………...279

СПИСОК СКОРОЧЕНЬ

АЛП – арифметико-логічний пристрій

АМ – амплітудна модуляція

АРП – автоматичне регулювання

АХ – амплітудна характеристика

АЦП – аналого-цифровий перетворювач

АЧХ – амплітудно-частотна характеристика

ВАХ – вольт-амперна характеристика

ВП – відеопідсилювач

ЕОМ – електронна обчислювальна машина

ЕП – елемент пам’яті

ЗЗ – зворотній зв’язок

ЗП – запам’ятовувальний пристрій

ККД – коефіцієнт корисної дії

КС – клерувальна схема

КСД – коефіцієнт спрямованої дії

ОП – операційний підсилювач

ПЗЧ – підсилювач звукових частот

ППС – підсилювач постійного струму

ПРЧ – підсилювач радіочастот

ПХ – перехідна характеристика

РЛС – радіолокаційна станція

РТ – робоча точка

ТТЛ – транзисторно-транзисьорна логіка

ФВЧ – фільтр верхніх частот

ФЗС – фільтр зосередженої селекції

ФМ – фазова модуляція

ФНЧ – фільтр нижніх частот

ФЧХ – фазочастотна характеристика

ЦАП – цифроаналоговий перетворювач

ЦТБ – цифрове телебачення

ЧМ – частотна модуляція

ПЕРЕДМОВА

Політехнічна і практична спрямованість підготовки майбутніх учителів фізики значною мірою залежить від опанування ними необхідного обсягу знань та практичних умінь стосовно загальнотехнічних дисциплін і, перш за все, радіоелектроніки та її прикладних застосувань. Сучасний розвиток науки і виробництва, засобів навчання та інформаційних технологій, приладобудування і побутової техніки виводять розуміння будови, принципу дії та використання основних елементів і пристроїв радіоелектроніки на рівень загальнокультурної освіченості фахівця будь-якої спеціальності, тим більше вчителя фізики. Вчитель повинен володіти цими знаннями при викладанні майже третини тем курсу в загальноосвітній школі, а також при обслуговуванні засобів навчання, вимірювальної техніки, організації позакласної роботи, технічної творчості учнів тощо.

Головною особливістю цього підручника і навчального предмета у вищих педагогічних навчальних закладах є його інтегративний характер. Майже кожна глава – це самостійна науково-технічна дисципліна, що має специфічні методи і предмет дослідження. Тому одним з основних утруднень створення підручника був стислий, майже конспективний, виклад інформації з намаганням звести її до єдиної структури, науково-технічної позиції і методів аналізу. Саме цим пояснюється відхід від усталених традицій в послідовності викладу та змісті окремих глав. Рівень розгляду окремих питань у підручнику відповідає вивченню їх у курсі фізики загальноосвітньої школи.

У першому розділі на рівні загальних фізичних понять з мінімальним використанням математики розглядаються властивості електричних сигналів, які застосовуються для передачі та перетворення інформації, відповідні радіо електричні кола з основними їхніми характеристиками і параметрами, методи їх аналізу та вимірювання. Завершається цей розділ оглядом фізичних основ функціонування елементної бази сучасної радіоелектроніки.

Кожна тема другого розділу, присвяченого розгляду на рівні принципових та еквівалентних схем основних елементів і каскадів радіоелектронних пристроїв, починається з класифікації основних елементів радіоелектронних кіл з подальшим розглядом принципу дії та основних розрахункових співвідношень для тих елементів, які безпосередньо стосуються педагогічної діяльності вчителя.

Третій розділ присвячений розгляду принципу дії структурних i функціональних схем тих радіоелектронних пристроїв та систем, вивчення яких передбачено програмою шкільного курсу фізики.

Обмежений обсяг підручника i кількість годин за навчальним планом не дають можливості більш докладно розглянути різноманітні приклада застосування радіоелектроніки, зокрема чиcлeннi радіоелектронні засоби навчання, об’єкти технічної творчості школярів. Проте на підставі здобутих знань студенти можуть розглянути ці питання самостійно, користуючись технічною документацією на вироби, додатковою науково-популярною i радіоаматорською літературою, а також на факультативах, спецкурсах та спецпрактикумах.

Створюючи підручник, автор спирався на свій багаторічний досвід викладання основ радіоелектроніки у вищих педагогічних навчальних закладах i школах з поглибленим вивченням фізики, викладання спецкурсів у технічному університет на результати науково-методичної роботи, спрямованої на вдосконалення професійної підготовки вчителів фізики. При цьому було враховані численні поради та пропозиції науковців і методистів, з якими він спілкувався на курсах в Центральному Інституті післядипломної педагогічної освіти та на постійно діючому науково-методичному семінарі при кафедрі методики викладання фізики Національного педагогічного університету ім. М. П. Драгоманова.

Особливо щиро вдячний автор рецензентам проф. С. В. Коршаку i доц. В. К. Калаптурівсъкому, поради яких сприяли поліпшенню науково-методичного рівня підручника.

ВСТУП

Уперше термін «радіоелектроніка» з’явився років 50 тому. Це означало технічну та наукову інтеграцію двох доти самостійних галузей науки i техніки — радіотехніки й електроніки, які відокремилися від фізики на межі XIX i XX ст. Перша охоплювала розроблення принципів побудови та проектування конструкцій i технологій виготовлення пристроїв для здобуття, передачі (випромінювання), приймання й оброблення інформації за допомогою високочастотних електромагнітних хвиль. Друга забезпечувала розроблення та виготовлення елементної бази (електронних ламп, напівпровідникових приладів, резисторів, конденсаторiв тощо) для побудови радіотехнічних пристроїв. Елементи електроніки не мали самостійного функціонального призначення. Лише об’єднані радіоконструктором у каскади i блоки вони утворювали функціонально самостійні підсилювачі, передавачі, перетворювачі, генератори електричних сигналів.

3 появою i розвитком інтегральної та функціональної мікроелектроніки розроблення принципів побудови i конструкцій радіотехнічних пристроїв стало справою спеціаліста з електроніки. Тепер в одній мікросхемі, в єдиному технологічному процесі формуються транзистори, резистори та конденсатори, всі основні, допоміжні й узгоджувальні елементи, що визначають режими роботи i технічні параметри блоків та самостійних у функціональному відношенні пристроїв від радіоприймачів до мікропроцесорів. Відбулася не тільки інтеграція окремих радіоелектронних компо­нентів, а й інтеграція колись самостійних наук, технологій, спеціальностей. До того ж з опануванням надвисоких частот i від суто радіотехнічної ознаки — випромінювання радіохвиль для передачі інформації — здебільшого також відмовились, створивши кабельні мережі та світловодні системи зв’язку.

Радіоелектроніка, умовно кажучи, посідає деяке проміжне місце між фундаментальними (радіофізикою, фізикою твердого тіла, оптикою) та технічними (електротехнікою, автоматикою, технічною кібернетикою) науками. Умовність такого розподілу наук пов’язана з тим, що в багатьох свoїx компонентах вони перетинаються, відбулося взаємне проникнення методів дослідження, способів побудови, апаратурної реалізації багатьох основних інструментів цих наук.

Так, у радіоелектронних приладах широко використовуються різні системи автоматичного керування (автоматичне регулювання підсилювання, підстроювання частоти генератора тощо), зміни режиму їхньої роботи залежно від зміни параметрів сигналу (наприклад, автома­тична зміна режиму роботи i навіть випромінюваної частоти радіолокатора при дії штучних завад), цифрові способи селекції та оброблення сигналів.

3 іншого боку, радіоелектронні пристрої є складовою частиною багатьох верстатів, приладів, систем вимірювання i контролю, систем керу­вання, технологічних ліній тощо.

3 розвитком радіоелектроніки від неї відокремилися такі нові напрями науки i техніки, як квантова електроніка, оптоелектроніка, мікроелектроніка, кріогенна електроніка, магнітоелектроніка, хемотроніка. Сьогодні досягнення радіоелектроніки широко використовують ме­дицина, економіка, лінгвістика, хімія, біологія, психологія, археологія, астрономія та інші багатогалузеві й досить спеціалізовані напрями наукової i практичної діяльності людей. Кожен iз цих напрямів, у свою чергу, має численні розгалуження. В кожній галузі сучасної техніки радіоелектроніка дає потужний поштовх для дійсно нового рівня розвитку. Це зумовлено насамперед високою швидкодією, точністю та чутливістю її елементної бази — електронних приладів. 3 їх допомогою досить просто i з дуже високим коефіцієнтом корисної дії (ККД) окремі види енергії перетворюють на електричну i навпаки. різноманітні електричні давачі i вимірювальні пристрої дають змогу з високою точністю вимірювати, реєструвати, регулювати різні неелектричні величини.

Процеси перетворення енергії в пристроях радіоелектроніки відбуваються дуже швидко, що зумовлено малою інерційністю приладів, а чутливість радіоелектронних пристроїв не може бути перевищена ніякими іншими відомими нам фізичними способами. Радіоелектроніка оперує електричними сигналами частотою до сотень гігагерців зі струмами від A i напругами від В. Так, електронні мікроскопи, які збільшують об’єкт у мільйони разів, дали можливість глибоко вивчити світ атомів, а спеціальні радіоастрономічні пристрої відкривають перед людством численні таємниці Всесвіту, дають змогу спостерігати явища, що відбуваються на відстані сотень світлових років від нас.

Багато явищ та процесів навколо нас відбуваються дуже швидко. Тому людині, яка ними керує, потрібні пристрої, які б збільшували швидкість її реакції, підвищували б чутливість її природних відчуттів. Таку можливість надали людям різноманітні елементи електронної автоматики, передусім електронні обчислювальні машини (ЕОМ).

Якщо перші машини виконували лише обчислювальну роботу, то в сучасних умовах — це складні автоматичні універсальні пристрої, здaтнi виконувати будь-які операції, пов’язані зi здобуттям та обробленням різної інформації.

Радіоелектроніка застосовується в сучасних педагогічних технологіях. Якщо ще кілька років тому радіоелектронні пристрої в школах були лише об’єктами для вивчення, то нині вони здебільшого стали засобами навчання або основними їхніми компонентами i використовуються не лише викладачами фізики, а й учителями інших дисциплін, якщо, безумовно, вони до такого використання радіоелектронних засобів навчання підготовлені.

Отже, знання основ радіоелектроніки, розуміння основних фізичних процесів, що відбуваються в радіоелектронних пристроях, уміння грамот­но експлуатувати ці пристрої є не лише невід’ємним елементом фахової підготовки фізика i математика, а й мірилом загальнокультурного рівня, освіченості та професійної підготовки спеціаліста будь-якої сучасної галузі освіти.

РО3ДІЛ 1 ЕЛЕКТРИЧНІ СИГНАЛИ Й ЕЛЕМЕНТИ

РАДІОЕЛЕКТРОННИХ КІЛ