Synkroninen vahvistin

Synkroninen vahvistin on eräänlainen elektroninen vahvistin, joka käyttää synkronisen signaalin havaitsemisen periaatetta.

Mahdollistaa jaksoittaisten hyödyllisten signaalien havaitsemisen ennalta määrätyllä taajuudella erittäin voimakkaan häiriön taustalla, jonka suuruus [1] voi ylittää hyödyllisen signaalin amplitudin kymmeniä ja satoja kertoja.

Erittäin kohinaisen signaalin resoluution vahvistus saavutetaan kaventamalla taajuuskaistaa tai, mikä on sama, lisäämällä akkumulaatioaikaa.

Kuinka se toimii

Synkronisen vahvistimen pääelementit ovat avain ja signaalin keskiarvo. Näppäin kytketään vastaanotetun hyödyllisen jaksollisen signaalin taajuudella ja näppäimen ulostulo on kytketty jonkinlaiseen signaalin keskiarvoin, esimerkiksi integraattoriin . Toiminnan aikana avain lähettää integraattorille kullakin jaksolla vain osan jaksosta - näytteenottoaikaa, loppujakson aikana avain on auki. Koska kohinasignaali ei yleensä korreloi hyödyllisen signaalin kanssa, näytteistyksen aikana kohinasignaalilla on erilaiset etumerkit, ja integroituna riittävän suurelle määrälle näytteitä, se antaa pienen panoksen suhteessa signaaliin integraattorin lähtösignaaliin, kun taas hyödyllisellä signaalilla kunkin näytteen aikana on sama etumerkki, ja siksi integraattori kerää sen vähitellen.

Oletetaan, että hyödyllinen signaali on sinimuotoinen taajuudella ja amplitudilla : $\omega$ $A$

U_{s}(t)=A\sin(\omega t),

joka on additiivisesti sekoitettu (summattu) kohinasignaalin kanssa, jolla on nolla matemaattista odotusta , esimerkiksi Gaussin kohinalla , eli näppäimeen syötetyllä signaalilla on muoto: $U_{n}(t)$

U_{s}n(t)=A\sin(\omega t)+U_{n}(t).

Anna avaimen avautua signaalin jokaisen 1. puolijakson aikana, niin integraattorin lähtösignaali nolla-alkusignaalilla riittävän pitkän ajan kuluttua jaksojen jälkeen on: $n+1$

U_{I}(t)=\int _{0}^{T/2}[A\sin(\omega t)+U_{n}(t)]\,dt+\int _{T} ^{T+T/2}[A\sin(\omega t)+U_{n}(t)]\,dt+\pisteet +\int _{nT}^{nT+T/2}[A\sin (\omega t)+U_{n}(t)]\,dt={};

{}=\int _{0}^{T/2}A\sin(\omega t)\,dt+\int _{T}^{T+T/2}A\sin(\omega t )\,dt+\pisteet +\int _{nT}^{nT+T/2}A\sin(\omega t)\,dt+{};

{}+\int _{0}^{T/2}U_{n}(t)\,dt+\int _{T}^{T+T/2}U_{n}(t)\ ,dt+\pisteet +\int _{nT}^{nT+T/2}U_{n}(t)\,dt.

Integraalien summa, jossa integraalissa hyödyllinen signaali on yhtä suuri ja integraalien summa kohinasignaalin kanssa on lähellä 0 - arvio Gaussin signaalin matemaattisesta odotuksesta ajan kuluessa $(n+1)\cdot A,$ $(n+1)\cdot T/2.$

Siten kuvattu menetelmä mahdollistaa signaalin keräämisen ja signaali-kohinasuhde prosessoinnin tuloksena on sitä suurempi, mitä pidempi kertymisaika.

Tarkastetussa esimerkissä oletettiin, että näytteenottoajat kestävät jakson ensimmäisen puoliskon (avain avataan ensimmäisen puolijakson aikana). Toisin sanoen käsittely suoritetaan etukäteistietoisesti hyödyllisen signaalin taajuudesta ja vaiheesta. Monissa sovelluksissa tämä ennakkotieto on saatavilla. Mutta joissakin tapauksissa vain signaalin taajuus tunnetaan, mutta vaihetta ei tunneta. Tässä tapauksessa on mahdollista kerätä tuloksia kahdella kytkimellä ja kahdella integraattorilla, ja avainten avaamisen vaiheita siirretään neljänneksellä jaksosta (π/2), mikä takaa tuloksen kertymisen vähintään yhteen kanavista. Tässä tapauksessa hyödyllisen signaalin amplitudi ja vaihe voidaan saada laskelmilla:

A={\sqrt {{U_{0}}^{2}+U_{\pi /2}^{2}}},

\theta =\arctan {\frac {U_{0}}{U_{\pi /2}}},

missä ja ovat kanavien lähtösignaalit.

U_{0}

U_{\pi /2}

Jos hyödyllisen signaalin taajuutta ei myöskään tiedetä etukäteen, sen määrittämiseksi synkronisen ilmaisun soveltamista varten käytetään korrelaatiotilastollisia matemaattisia menetelmiä tai spektrimenetelmiä, esimerkiksi käyttämällä diskreettiä Fourier-muunnosta signaalinäytteiden yli tai spektrin kokeellisia menetelmiä . käyttämällä spektrianalysaattoreita .

Kuvattu menetelmä soveltuu paitsi signaalin havaitsemiseen ja sen amplitudin määrittämiseen, myös jaksollisen signaalin muodon määrittämiseen. Muodon määrittämiseksi avain avataan lyhyeksi ajaksi jakson aikana ja avaimen avautumisviivettä suhteessa jakson alkuun muutetaan asteittain, käytetään ns. "stroboskooppista oskillografiaa".

Sovellus

Tätä menetelmää ja siihen perustuvia laitteita käytetään kaikkialla, missä tarvitaan heikkojen signaalien havaitsemista ja niiden parametrien mittaamista voimakkaan häiriön taustalla, tähtitiedessä, geofysiikassa, radioviestinnässä, navigoinnissa jne.

Muistiinpanot

↑ RMS-jännite.

Kirjallisuus

Horowitz P., Hill W. The Art of Circuitry: 2 Volumes = The Art of Electronics (Cambridge University Press, 1980) / Per. englannista. toim. M. V. Galperin; Kääntäjät: I. I. Korotkevich, M. B. Levin, V. G. Mikutsky, L. M. Naimark, O. A. Soboleva. - Toim. Kolmas, stereotyyppinen. - M . : Mir, 1986. - 50 000 kappaletta.