Схемотехника радиотехнических устройств. Методические разработки к лабораторным работам

 
 
 
 
 
 
 
 
В. А. Галочкин 
 
 
 
 
СХЕМОТЕХНИКА 
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 
 
МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ 
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
 

 
 
УДК 621.385 
ББК 32.844.1 
 
Г16 
 
 
Рецензент: 
д. т. н., профессор А. И. Тяжев 
(Поволжский государственный университет 
телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ), г. Самара) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Галочкин, В. А. 
Г16  
Схемотехника радиотехнических устройств. Методические разработки 
к лабораторным работам : учебное пособие / В. А. Галочкин. – Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 288 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1807-2 
 
Рассматривается элементная база и схемотехника радиотехнических устройств. Приведен комплекс лабораторных работ, способствующий усвоению, закреплению материала и проверке знаний по дисциплинам «Схемотехника» различных направлений подготовки. Для лучшего освоения дисциплины приведенные лабораторные работы оформлены в виде экспериментальной проверки основных теоретических положений, которые 
для удобства размещены в начале каждой лабораторной работы.  
Для студентов по направлениям подготовки: 11.03.01 «Радиотехника», 11.03.02 
«Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 10.05.02 «Информационная 
безопасность телекоммуникационных систем», 10.03.01 «Информационная безопас- 
ность», 27.03.04 «Управление в технических системах», а также для инженернотехнических работников, изучающих электронику. 
 
УДК 621.385 
ББК 32.844.1 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1807-2 
” Галочкин В. А., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 Успех в профессиональной карьере 
зависит от способности студента  
 самостоятельно работать с профессионально  
значимой литературой вне учебного плана. 
 
Лозовский Владимир Николаевич 
– советский и российский физик, 
 доктор физико-математических наук.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 

 
 
 
 
 
 
 
Автор выражает глубокую признательность  
доктору технических наук, профессору  
Анатолию Ивановичу Тяжеву,  
оказавшему большую поддержку на всех  
этапах совместной работы с ним в ПГУТИ,  
а также за большую помощь по данной работе 
и тяжкий труд по ее рецензированию. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ ............................................................................................. 9 
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 14 
ТЕМА 1: СХЕМОТЕХНИКА ВХОДНЫХ ЦЕПЕЙ 
РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ........................................................... 16 
1.1. Краткие основные теоретические положения ..................................... 16 
1.1.1. Основные сведения о входных цепях 
................................................ 16 
1.1.2. Варианты схем входных цепей .......................................................... 18 
1.1.3. Коэффициент передачи, селективность и полоса пропускания 
одиночного колебательного контура входной цепи .................................. 24 
1.1.4. Определение затухания и емкости, вносимых в контур 
следующим каскадом 
.................................................................................... 29 
1.1.5. Контрольные вопросы по теме «Входные цепи» ............................. 31 
1.2. Экспериментальная проверка 
основных теоретических положений .......................................................... 32 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.1 
«Исследование одноконтурной входной цепи 
при внешнеемкостной связи с ненастроенной антенной» 
......................... 32 
ТЕМА 2: СХЕМОТЕХНИКА РЕЗОНАНСНЫХ 
УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОЧАСТОТЫ ............................................................ 46 
2.1. Краткие основные теоретические положения ..................................... 46 
2.1.1. Назначение, классификация и требования к резонансным 
усилителям 
..................................................................................................... 46 
2.1.2. Варианты схем резонансных усилителей на невзаимных 
усилительных элементах .............................................................................. 47 
2.1.3. Полосовые усилители ......................................................................... 49 
2.1.4. Усилитель с электромеханическим фильтром 
.................................. 54 
2.1.5. Усилитель с кварцевым фильтром 
..................................................... 55 
2.1.6. Усилитель с фильтром на поверхностных акустических  
волнах 
............................................................................................................. 56 
2.1.7. Анализ одноконтурного резонансного усилителя 
с автотрансформаторным включением колебательного контура ............. 57 
2.1.8. Влияние внутренней обратной связи через усилительный 
прибор на устойчивость работы резонансного усилителя ........................ 62 
2.1.9. Способы повышения устойчивости усилителей .............................. 67 
2.1.10. Контрольные вопросы по теме «Схемотехника резонансных 
усилителей радиочастоты» 
........................................................................... 68 
2.2. Экспериментальная проверка 
основных теоретических положений .......................................................... 71 
 
5 

 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.1 
«Исследование одноконтурного усилителя радиочастоты,  
построенного на биполярном транзисторе 
по схеме с общим эмиттером» ..................................................................... 71 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.2 
«Исследование одноконтурного усилителя радиочастоты,  
построенного по каскодной схеме «общий исток – общая база» ............. 83 
ТЕМА 3: СХЕМОТЕХНИКА 
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ ........................................................... 92 
3.1. Краткие основные теоретические положения ..................................... 92 
3.1.1. Назначение, классификация и требования к преобразователям 
частоты 
........................................................................................................... 92 
3.1.2. Варианты схем преобразователей частоты ....................................... 96 
3.1.3. Частотная характеристика ПЧ 
.......................................................... 100 
3.1.4. Свисты в преобразователях 
.............................................................. 101 
3.1.5. Контрольные вопросы по теме «Схемотехника 
преобразователей частоты» 
........................................................................ 103 
3.2. Экспериментальная проверка 
основных теоретических положений ........................................................ 104 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.1 
«Исследование преобразователей частоты на основе 
аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде» ............... 104 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.2 
«Исследование преобразователя частоты 
на основе двойного балансного смесителя» ............................................. 112 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.3 
«Исследование преобразователя частоты на основе 
диодного кольцевого балансного смесителя» .......................................... 119 
ТЕМА 4: СХЕМОТЕХНИКА АМПЛИТУДНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ......... 125 
4.1. Краткие основные теоретические положения ................................... 126 
4.1.1. Назначение, основные требования и классификация 
амплитудных детекторов 
............................................................................ 126 
4.1.2. Диодные амплитудные детекторы 
................................................... 127 
4.1.3. Последовательный амплитудный диодный детектор в режиме 
детектирования сильного сигнала ............................................................. 130 
4.1.4. Эмиттерный детектор ....................................................................... 133 
4.1.5. Диодный детектор с удвоением напряжения 
.................................. 134 
4.1.6. Синхронный амплитудный детектор 
на операционном усилителе 
....................................................................... 136 
4.1.7. Входное сопротивление последовательного диодного АД ........... 137 
4.1.8. Параллельный диодный детектор 
.................................................... 139 
6 

 
4.1.9. Нелинейные искажения при детектировании АМ колебаний 
....... 140 
4.1.10. Работа амплитудного детектора при воздействии двух 
колебаний 
..................................................................................................... 145 
4.1.11. Контрольные вопросы по теме «Амплитудные детекторы» 
........ 149 
4.2. Экспериментальная проверка основных 
теоретических положений .......................................................................... 151 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.1 
«Исследование последовательного 
амплитудного детектора с разделенной нагрузкой» 
................................ 151 
ТЕМА 5: СХЕМОТЕХНИКА ЧАСТОТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ................ 163 
5.1. Краткие основные теоретические положения ................................... 163 
5.1.1. Назначение, основные характеристики частотных детекторов .... 163 
5.1.2. Принципы частотного детектирования ........................................... 164 
5.1.3. Частотный детектор с использованием преобразователя  
частотно-модулированного сигнала в АЧМ сигнал 
................................. 166 
5.1.4. Частный детектор с использованием фазосдвигающей цепи 
........ 167 
5.1.5. Варианты построения аналоговых частотных детекторов ............ 169 
5.1.6. Контрольные вопросы по теме «Схемотехника частотных 
детекторов» 
.................................................................................................. 184 
5.2. Экспериментальная проверка основных теоретических  
положений 
.................................................................................................... 186 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.1 
«Исследование дифференциального 
частотного детектора на связанных контурах» ........................................ 186 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.2 
«Исследование дробного частотного детектора 
(детектора отношений)» 
.............................................................................. 195 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.3 
«Исследование мультипликативного частотного детектора» ................. 204 
ТЕМА 6: СХЕМОТЕХНИКА РЕГУЛИРОВОК 
В РАДИОПРИЕМНИКАХ ......................................................................... 213 
6.1. Краткие основные теоретические положения ................................... 213 
6.1.1. Назначение и виды регулировок в РПУ .......................................... 213 
6.1.2. Принцип действия, классификация систем 
автоматической регулировки усиления (АРУ) ......................................... 213 
6.1.3. Структурные электрические схемы АРУ ........................................ 216 
6.1.4. Варианты схем электронных регуляторов усиления ..................... 221 
6.1.5. Характеристика регулирования простой обратной АРУ ............... 224 
6.1.6. Регулировка полосы пропускания ................................................... 226 
6.1.7. Частотная автоматическая подстройка частоты 
............................. 228 
 
 
7 

 
6.1.8. Классификация устройства автоматической подстройки 
частоты 
......................................................................................................... 229 
6.1.9. Характеристика регулирования системы АПЧ 
............................... 235 
6.1.10. Фазовая автоматическая автоподстройка частоты 
....................... 241 
6.1.11. Контрольные вопросы по теме «Схемотехника регулировок 
в радиоприемниках» ................................................................................... 245 
6.2. Экспериментальная проверка 
основных теоретических положений ........................................................ 247 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.1 
«Исследование частотной автоматической подстройки частоты» ......... 247 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.2 
«Исследование автоматической регулировки усиления»  
....................... 266 
Приложение 1. Подготовка оборудования для выполнения работы  
........... 278 
Приложение 2. Требования к содержанию и оформлению 
отчета по лабораторной работе 
.................................................................. 281 
ЛИТЕРАТУРА 
............................................................................................. 283 
 
 
 
8 

 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Аналог или цифра? 
 
Схемотехника, как неотъемлемая, функциональная часть электроники, 
лежит в основе радиосвязи, радиовещания, радиолокации, радионавигации, 
телевидения, мультимедийных и связных систем, систем радиоуправления, 
систем радиоэлектронной борьбы и т. д.  
Схемотехника является базой электронного приборостроения, производства источников электропитания, техники высокочастотных измерений 
и др. Схемотехнические решения используются в различных системах дистанционного управления и контроля, для наблюдения за процессами, протекающими в условиях, недоступных для человека. Особыми разделами 
применения схемотехники являются приборы и устройства, необходимые 
для генерации СВЧ-колебаний.  
Можно сказать, что схемотехника «окружает» нас практически во всех 
сферах науки, техники, а также при использовании электроники в быту. 
Роль схемотехники в настоящее время существенно возрастает в связи  
с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования 
электрической энергии.  
Физические процессы в цифровом электронном устройстве или схеме 
ничем не отличаются от процессов в аналоговой электронной схеме. Отличие состоит только в методах кодирования и обработки информации.  
Аналоговая электроника использует фактические физические параметры (ток, напряжения, частота, фаза).  
Цифровая электроника использует кодирование физических величин с 
привязкой их ко времени. Использование кодирования позволяет добиться 
лучших качественных показателей устройств и каналов передачи информации. 
Цифровые (дискретные) схемы проще в разработке и наладке, требуют 
относительно меньше трудозатрат. Но по энергоэффективности они значительно уступают аналоговым [1]. 
Аналоговые схемы отличаются тем, что практически любой процесс 
можно рассчитать, проанализировать, скорректировать. Но их создание и 
настройка является достаточно сложным процессом и требует больших 
временных и материальных затрат.  
В настоящее время в обществе, особенно среди молодежи, на обывательском уровне, да и среди ряда специалистов создано мнение о «всеобщей цифровизации», о повсеместном преобладании применения цифровой 
техники, что можно объяснить слабым знанием основ электроники. Кроме 
9 

 
того, действует мощный маркетинг производителей цифрового оборудования и торговых фирм.  
Однако для специалистов по электронике понятно, что большинство 
электронных устройств являются комбинацией аналоговых и цифровых 
компонентов. Датчики, первичные исходные сигналы являются в большинстве случаев аналоговыми, требующими предварительную обработку, усиление, преобразование [2, 3]. Последующая цифровая обработка, улучшает 
показатели устройства или системы. Но затем, как правило, идет возврат к 
аналоговому процессу – печать, воспроизведение, исполнительный механизм и т. д.  
В настоящее время весьма трудно найти электронную аппаратуру, в 
которой бы использовался один тип устройств. Это обусловлено широким 
многообразием необходимых функциональных преобразований, которые 
должны выполнить отдельные узлы аппаратуры для получения полезного 
практического эффекта. Существует множество функциональных преобразований, которые могут быть реализованы только аналоговыми, или только 
импульсными, или только цифровыми устройствами [4]. 
По сути, это говорит о единстве использования, при котором одна технология не обязательно вытесняется из-за того, что другая превосходит ее 
по качеству. Их слияние уподобляется концепции транзистора, который 
преобразует электронное напряжение во что-то из аналогового в цифровое 
и наоборот [5]. 
Показателем качества для многих поколений полупроводниковых 
устройств была скорость процессора. Сейчас схемотехника немного изменилась, и вместо одного мощного процессора используется несколько менее производительных. 
Все большее внимание уделяется теме разделения обработки сигнала 
на параллельные потоки. Решения разнообразны: от технологии MIMO 
(ɩрименение адаптивных антенных решёток со слабо коррелированными 
антенными элементами; системы связи с такими антеннами получили 
название систем MIMO) в беспроводном сетевом оборудовании до микропроцессоров в ноутбуках. Во многих случаях архитектуры становятся 
настолько развитыми, что для извлечения данных комбинируются сигналы 
с сотен каналов. Наиболее яркими примерами являются РЛС с фазированной антенной решёткой или медицинское оборудования для визуальной диагностики (например, УЗИ). Подобные системы предполагают сложную обработку аналоговых и цифровых сигналов. Очевидно, что количество информационных каналов будет продолжать расти, и иногда значительно. 
Цифровая революция не душит аналоговую отрасль. Скорее наоборот – 
вместе со стремительным развитием цифровых технологий увеличивается 
10