Войти
Радиофизика
589
Лекторы
Биленко Игорь Антонович
Вятчанин Сергей Петрович
#лекции
Физический факультет
Осень 2016

Курс «Радиофизика» читается студентам третьего курса физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Основой этого предмета был оригинальный курс, разработанный профессорами физического факультета В. Б. Брагинским и А. С. Логиновым. В нём рассматриваются фундаментальные основы функционирования радиотехнических цепей и передачи сигналов, методы их анализа. В материале курса подробно изучаются процессы возбуждения, преобразования, распространения, усиления и регистрации электромагнитных сигналов.

Курс радиофизики базируется на курсах «Теория электричества», «Математический анализ», «Линейная алгебра» и «Теория функций комплексного переменного». В свою очередь, радиофизические методы применяются в оптике, электродинамике, квантовой механике, а радиофизические модели используются практически во всех областях физики, включая физику твердого тела, биофизику, атомную и ядерную физику. Радиофизика изучает системы, которые могут быть классифицированы по различным признакам. Это разделение систем на линейные и нелинейные, на сосредоточенные и распределенные.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Основные понятия радиофизики.
Введение в радиофизику История радиофизики Понятие и представление сигнала Линейные системы Элементы линейной системы Теорема об эквивалентом генераторе Использование спектрального анализа Модуляция Преобразование Фурье Метод комплексных амплитуд Разложение по гармоническим составляющим Разложение по ступенчатым функциям Дифференцирующие цепочки Интегрирующая цепочка

Лекция 2. Прохождение сигналов через линейные цепи.
Прохождение сигналов через линейные цепи: разложение по гармоническим функциям Прохождение сигналов через линейные цепи: разложение по ступенчатым функциям (Хевисайда) Прохождение сигналов через линейные цепи: разложение по дельта-функциям (Дирака) Связь функций: K(w), h(t), g(t) Свободные колебания Переходная характеристика Задачи для любознательных Пассивные линейные четырехполюсники Вынужденные колебания Реактивное сопротивление (импеданс) Характеристики колебательного контура (резонатора) Напряжения и токи в колебательном контуре Резонанс Резонансные кривые Физический смысл добротности Ширина резонансной кривой Резонансные явления в линейных цепях Принцип дуальности Параллельный контур Резонансная кривая Резонанс токов Задача

Лекция 3. Трансформатор. Распределённые системы.
Линейные системы с сосредоточенными параметрами (повторение материала предыдущей лекции) Емкостной датчик (продолжение) Оценка Δd Пределы измерения малых смещений Связанные контуры Гармоническое воздействие Резонансная кривая Трансформатор Идеальный трансформатор Эквивалентные схемы Распределенные системы: длинные линии Эквивалентная схема длинной линии Телеграфные уравнения Получение волнового уравнения Идеальная линия Отражение от нагруженного конца линии Частные случаи

Лекция 4. Длинные линии.
Распределённые колебательные системы (повторение материала предыдущей лекции) Повторение Повторение Согласование линий Длинная линия с потерями Малые потери Другие распределенные колебательные системы (полые металлические волноводы, диэлектрические волноводы) Излучающие системы (полуволновый диполь, четвертьволновый излучатель) Формирование диаграммы направленности Направление излучения Примеры диаграмм N когерентных (синфазных) диполей Вывод формулы для амплитуды излучения решетки диполей Примеры Нелинейные цепи Представление вольт-амперной характеристики нелинейного элемента Смеситель Смеситель: двухчастотное взаимодействие p-n переход: полупроводниковый диод Пример

Лекция 5. Модуляция.
Распределённые колебательные системы (повторение материала предыдущей лекции) Применение диода Модуляция Амплитудная модуляция (АМ) Преобразование спектра при модуляции Фазовая модуляция (ФМ) Спектр Частотная модуляция (ЧМ) Стандартная схема для модуляции и демодуляции Задача «Емкостной микрофон» Детектирование АМ сигнала Однополупериодный выпрямитель Два режима детектирования АМ сигналов «Линейное» амплитудное детектирование Фазовое детектирование Балансный фазовый детектор Частотное детектирование методом преобразования ЧМ в АМ Задача «ЧМ в АМ» Синхронное детектирование Практическая реализация синхронного детектора

Лекция 6. Полупроводники.
Модуляция (повторение материала предыдущей лекции) К электронным свойствам полупроводников: образование энергетических зон в кристаллах Классификация твердых тел Распределение электронов по энергиям Допированные (примесные, несобственные) полупроводники Энергетическая диаграмма p-n контакта Биполярный транзистор Полевой транзистор (FET) Полевой транзистор с полупроводниковым затвором Транзистор как четырехполюсник Усилители электрических сигналов Децибелы Расчет цепи с нелинейным сопротивлением Пример: графический расчет статического K Расчет коэффициента усиления по току и мощности

Лекция 7. Усилитель.
Повторение материала предыдущей лекции Расчет простого усилителя Эквивалентные схемы усилителя Усилитель переменного напряжения Эквивалентная схема усилителя переменного напряжения Переходная характеристика усилителя Резонансный усилитель Варианты полупроводниковых устройств: стабилитрон, составной транзистор, двузатворный транзистор, многоэмиттерный транзистор Обратные связи в усилителях Истоковый (эмиттерный, катодный) повторитель Операционные усилители Инвертирующий усилитель Коэффициент усиления Неинвертирующий усилитель Сумматор

Лекция 8. Входное сопротивление.
Повторение материала предыдущей лекции Входное сопротивление в усилителе с последовательной ОС по напряжению Выходное сопротивление в усилителе с последовательной ОС по напряжению Входное сопротивление инвертирующего усилителя Входное сопротивление неинвертирующего усилителя Параметрический усилитель Генерирование электрических колебаний Простейший генератор Мягкий режим возбуждения автоколебаний Жесткий режим возбуждения автоколебаний Мягкий режим на фазовой плоскости Жесткий режим на фазовой плоскости RC-генераторы Простейший генератор релаксационных колебаний Симметричный мультивибратор

Лекция 9. Шумы в радиофизических системах. Часть 1.
Повторение материала предыдущей лекции Клистрон Отражательный клистрон Магнетрон Эргодическая гипотеза Физический смысл Теорема Винера-Хинчина Винера-Хинчина для "одностороннего" определения Преобразование шума в линейных цепях Пример Размерность спектральной плотности мощности флуктуаций Белый шум Тепловой шум Эквивалентные представления источников теплового шума Теорема Найквиста (обобщение) Пример: минимально обнаружимая мощность Пример: реликтовое излучение

Лекция 10. Шумы в радиофизических системах. Часть 2.
Повторение материала предыдущей лекции Пример (продолжение) Эквивалентная шумовая температура усилителя Коэффициент шума усилителя Каскадное усиление Теорема Шоттки Условия применимости теоремы Шоттки Обобщенная формула Шоттки Генерационно-рекомбинационный шум Фликер-шум Стабилизация частоты автогенераторов Техническая нестабильность частоты Флуктуационная нестабильность частоты автогенератора Флуктуации на фазовой плоскости Формула Таунса Пример Водородный стандарт Принципиальная схема водородного мазера

Лекция 11. Сигнал. Классификация сигналов.
Сигнал Классификация сигналов Теорема Котельникова (теорема отсчетов) Доказательство Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) Быстрое преобразование Фурье (БПФ) Формула Хартли Передача информации через канал связи Теорема Шеннона-Хартли Информационная емкость канала Шумы квантования Передача информации под шумами Различные каналы передачи информации Формула Шеннона Примеры современных каналов передачи Надежность передачи информации - фундаментальный предел "Сказка на ночь"

Лекция 12. Основы цифровых систем.
Повторение материала предыдущей лекции Основы цифровых систем Коды Коды, использующиеся в цифровых системах хранения, обработки и передачи информации Коды, обнаруживающие ошибки Исправление ошибок Основы булевой алгебры Основные теоремы булевой алгебры Теорема Де Моргана Задание булевых функций Способы задания булевых функций Основные логические элементы Возможные варианты реализации Карты Карно Триггеры Элементы вычислительных устройств

Лекция 13. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи Основные параметры ЦАП Примеры микросхем ЦАП АЦП параллельного преобразования АЦП последовательного счета АЦП последовательного приближения Основные параметры АЦП Z-преобразование Z-преобразование дискретных и непрерывных функций Пример Обратное Z-преобразование Важнейшие свойства Z-преобразования Связь с преобразованием Фурье Z-преобразование свертки Цифровые фильтры Дискретные гармонические последовательности Трансверсальные цифровые фильтры Импульсная характеристика Частотная характеристика Рекурсивные цифровые фильтры Сравнение цифровых фильтров

Лекция 14. Теория оптимальной фильтрации.
Z-преобразования и цифровых фильтров (повторение изученного материала) Понятие об оптимальной фильтрации Согласованный фильтр как коррелятор Частотный коэффициент передачи согласованного фильтра Пример: согласованный фильтр для прямоугольного импульса Понятие о квадратурной модуляции Пример Беспроводная сеть связи GSM