Synkron forstærker

En synkron forstærker er en type elektronisk forstærker, der bruger princippet om synkron signaldetektion .

Giver dig mulighed for at detektere periodiske nyttige signaler med en forudbestemt frekvens på baggrund af meget stærk interferens, hvis størrelse [1] kan overstige amplituden af det nyttige signal med tiere og hundredvis af gange.

Forstærkningen i opløsning af et stærkt støjende signal opnås ved at indsnævre frekvensbåndet, eller hvad der er det samme, ved at øge akkumuleringstiden.

Sådan virker det

Hovedelementerne i en synkron forstærker er nøglen og signalgennemsnittet. Nøglen skiftes ved frekvensen af det modtagne nyttige periodiske signal, og udgangen af nøglen er forbundet med en slags signalgennemsnit, for eksempel en integrator . Under drift sender nøglen til integratoren i hver periode kun en del af perioden - prøvetagningstiden, i resten af perioden er nøglen åben. Da støjsignalet sædvanligvis er ukorreleret med det nyttige signal, har støjsignalet under samplingen forskellige fortegn og vil, når det er integreret over et tilstrækkeligt stort antal samples, yde et lille bidrag i forhold til signalet til integratorens udgangssignal, mens det nyttige signal under hver prøve har det samme fortegn og derfor gradvist akkumuleres af integratoren.

Antag, at det nyttige signal er sinusformet med frekvens og amplitude : $\omega$ $EN$

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

som er additivt blandet (opsummeret) med et støjsignal med nul matematisk forventning , for eksempel med Gaussisk støj , det vil sige, at signalet påført nøglen har formen: $U_{n}(t)$

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

Lad nøglen åbne under hver 1. halv-cyklus af signalet, så vil udgangssignalet fra integratoren med et nul initialsignal efter tilstrækkelig lang tid, efter perioder være: $n+1$

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

Summen af integralerne, hvor i integranden vil nyttesignalet være ens og summen af integralerne med støjsignalet er tæt på 0 - et estimat af den matematiske forventning til Gauss -signalet over tid $(n+1)\cdot A,$ $(n+1)\cdot T/2.$

Den beskrevne metode tillader således, at man kan akkumulere et signal, og signal-til-støj-forholdet som et resultat af bearbejdning vil være jo større, jo længere akkumuleringstiden er.

I det betragtede eksempel blev det antaget, at prøvetagningstiderne varer i den første halvdel af perioden (nøglen åbnes i den første halve cyklus). Det vil sige, at behandlingen udføres med a priori viden om frekvensen og fasen af det nyttige signal. I mange applikationer er denne a priori viden tilgængelig. Men i nogle tilfælde er kun frekvensen af signalet kendt, men fasen er ukendt. I dette tilfælde er det muligt at akkumulere resultaterne ved hjælp af 2 kontakter og to integratorer, og faserne af åbning af tasterne forskydes med en fjerdedel af perioden (π/2), hvilket garanterer akkumulering af resultatet i mindst én af kanalerne. I dette tilfælde kan amplituden og fasen af det nyttige signal opnås ved beregninger:

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

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

hvor og er kanalernes udgangssignaler.

U_{0}

U_{\pi /2}

Hvis frekvensen af det nyttige signal også er ukendt a priori, så for at bestemme den med det formål at anvende synkron detektion , anvendes korrelationsstatistiske matematiske metoder eller spektrale metoder, for eksempel ved at bruge en diskret Fourier-transformation over signalprøver eller spektrale eksperimentelle metoder ved hjælp af spektrumanalysatorer .

Den beskrevne fremgangsmåde er ikke kun egnet til at detektere et signal og bestemme dets amplitude, men også til at bestemme formen af et periodisk signal. For at bestemme formen åbnes nøglen et kort stykke tid i perioden og nøgleåbningsforsinkelsen i forhold til starten af perioden ændres gradvist, såkaldt "stroboskopisk oscillografi".

Ansøgning

Denne metode og enheder baseret på metoden bruges overalt, hvor det er nødvendigt for at detektere svage signaler og måle deres parametre på baggrund af stærk interferens, inden for astronomi, geofysik, radiokommunikation, navigation osv.

Noter

↑ RMS spænding.

Litteratur

Horowitz P., Hill W. The Art of Circuitry: In 2 Volumes = The Art of Electronics (Cambridge University Press, 1980) / Pr. fra engelsk. udg. M. V. Galperin; Oversættere: I. I. Korotkevich, M. B. Levin, V. G. Mikutsky, L. M. Naimark, O. A. Soboleva. - Ed. 3., stereotypisk. - M . : Mir, 1986. - 50.000 eksemplarer.