Amplificator sincron

Un amplificator sincron este un tip de amplificator electronic care utilizează principiul detectării semnalului sincron.

Vă permite să detectați semnale utile periodice cu o frecvență predeterminată pe fondul interferențelor foarte puternice, a căror magnitudine [1] poate depăși amplitudinea semnalului util de zeci și sute de ori.

Câștigul de rezoluție al unui semnal foarte zgomotos se realizează prin îngustarea benzii de frecvență sau, ceea ce este același, prin creșterea timpului de acumulare.

Cum funcționează

Elementele principale ale unui amplificator sincron sunt cheia și mediatorul de semnal. Cheia este comutată la frecvența semnalului periodic util primit, iar ieșirea cheii este conectată la un fel de mediator de semnal, de exemplu, un integrator . În timpul funcționării, cheia transmite integratorului în fiecare perioadă doar o parte a perioadei - timpul de eșantionare, în restul perioadei cheia este deschisă. Deoarece semnalul de zgomot este de obicei necorelat cu semnalul util, în timpul eșantionării semnalul de zgomot are semne diferite și, fiind integrat pe un număr suficient de mare de eșantioane, va aduce o contribuție mică în raport cu semnalul la semnalul de ieșire al integratorului, în timp ce semnalul util în timpul fiecărei probe are același semn și de aceea este acumulat treptat de către integrator.

Să presupunem că semnalul util este sinusoidal cu frecvența și amplitudinea : $\omega$ $A$

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

care este amestecat (însumat) aditiv cu un semnal de zgomot cu așteptare matematică zero , de exemplu, cu zgomot gaussian , adică semnalul aplicat cheii are forma: $U_{n}(t)$

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

Lăsați cheia să se deschidă în fiecare primă jumătate de ciclu al semnalului, apoi semnalul de ieșire al integratorului cu un semnal inițial zero după un timp suficient de lung, după perioade va fi: $n+1$

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.

Suma integralelor, unde în integrand semnalul util va fi egal și suma integralelor cu semnalul de zgomot este aproape de 0 - o estimare a așteptării matematice a semnalului gaussian în timp $(n+1)\cdot A,$ $(n+1)\cdot T/2.$

Astfel, metoda descrisă permite acumularea unui semnal, iar raportul semnal-zgomot ca rezultat al procesării va fi cu atât mai mare, cu atât timpul de acumulare este mai lung.

În exemplul considerat, s-a presupus că timpii de prelevare durează pentru prima jumătate a perioadei (cheia este deschisă în prima jumătate de ciclu). Adică procesarea se realizează cu cunoștințe a priori ale frecvenței și fazei semnalului util. În multe aplicații, aceste cunoștințe a priori sunt disponibile. Dar, în unele cazuri, doar frecvența semnalului este cunoscută, dar faza este necunoscută. În acest caz, este posibil să se acumuleze rezultatele folosind 2 întrerupătoare și două integratoare, iar fazele de deschidere a cheilor sunt deplasate cu un sfert de perioadă (π/2), ceea ce garantează acumularea rezultatului în cel puțin un a canalelor. În acest caz, amplitudinea și faza semnalului util pot fi obținute prin calcule:

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

și

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

unde și sunt semnalele de ieșire ale canalelor.

U_{0}

U_{\pi /2}

Dacă frecvența semnalului util este, de asemenea, necunoscută a priori, atunci pentru a-l determina în scopul aplicării detecției sincrone , se folosesc metode matematice statistice de corelare sau metode spectrale, de exemplu, folosind o transformată Fourier discretă asupra probelor de semnal sau metode experimentale spectrale. folosind analizoare de spectru .

Metoda descrisă este potrivită nu numai pentru detectarea unui semnal și determinarea amplitudinii acestuia, ci și pentru determinarea formei unui semnal periodic. Pentru a determina forma, cheia este deschisă pentru o perioadă scurtă de timp și întârzierea deschiderii cheii față de începutul perioadei este schimbată treptat, se folosește așa-numita „oscilografie stroboscopică”.

Aplicație

Această metodă și dispozitivele bazate pe metodă sunt folosite oriunde este necesar pentru a detecta semnale slabe și a măsura parametrii acestora pe fondul interferențelor puternice, în astronomie, geofizică, comunicații radio, navigație etc.

Note

↑ Tensiune RMS.

Literatură

Horowitz P., Hill W. The Art of Circuitry: In 2 Volumes = The Art of Electronics (Cambridge University Press, 1980) / Per. din engleza. ed. M. V. Galperin; Traducători: I. I. Korotkevich, M. B. Levin, V. G. Mikutsky, L. M. Naimark, O. A. Soboleva. - Ed. al treilea, stereotip. - M . : Mir, 1986. - 50.000 de exemplare.