Синхронен усилвател
Синхронният усилвателе вид електронен усилвател, който използва принципа на откриване на синхронен сигнал.
Позволява ви да откривате периодични полезни сигнали с предварително определена честота на фона на много силни смущения, чиято величина [1] може да надвишава амплитудата на полезния сигнал с десетки и стотици пъти.
Увеличаването на разделителната способност на силно зашумен сигнал се постига чрез стесняване на честотната лента или, което е същото, чрез увеличаване на времето за натрупване.
Съдържание
Основните елементи на синхронния усилвател са ключът и усредняващият сигнал. Ключът се превключва с честотата на получения полезен периодичен сигнал, а изходът на ключа е свързан към някакъв вид усредняващ сигнал, например интегратор. По време на работа ключът предава на интегратора във всеки период само част от периода - времето за вземане на проби, през останалата част от периода ключът е отворен. Тъй като шумовият сигнал обикновено не е корелиран с полезния сигнал, по време на вземането на проби шумовият сигнал има различни знаци и, като бъде интегриран върху достатъчно голям брой проби, ще направи малък принос спрямо сигнала към изходния сигнал на интегратора, докато полезният сигнал по време на всяка проба има същия знак и следователно постепенно се натрупва от интегратора.
Да приемем, че полезният сигнал е синусоидален с честота ω и амплитуда A :
който е адитивно смесен с шумов сигнал с нулево очакване U n (t) (t)> , например, с шум на Гаус, тоест сигналът, приложен към ключа, има формата
Оставете ключа да се отвори по време на всеки 1-ви полупериод на сигнала, тогава изходният сигнал на интегратора с нулев начален сигнал след достатъчно дълго време, след n + 1 периода, ще бъде
Така че описаният методви позволява да натрупате сигнала и съотношението сигнал/шум в резултат на обработката ще бъде толкова по-голямо, колкото по-дълго е времето за натрупване.
В разглеждания пример се приема, че времето за вземане на проби продължава през първата половина на периода (ключът се отваря през първия полупериод). Тоест обработката се извършва с предварително знание за честотата и фазата на полезния сигнал. В много приложения това априорно знание е налично. Но може да се окаже, че е известна само честотата на сигнала, но фазата е неизвестна. В този случай е възможно да се натрупат резултатите с помощта на 2 ключа и два интегратора, като фазите на отваряне на ключовете се изместват с една четвърт от периода (π/2), което гарантира натрупването на резултата в поне един от каналите. В този случай амплитудата и фазата на полезния сигнал могат да бъдат получени чрез изчисления:
Ако честотата на полезния сигнал е неизвестна a priori, тогава за определянето й с цел прилагане на синхронно откриване се използват корелационни статистически математически методи или спектрални методи, например, като се използва дискретно преобразуване на Фурие върху сигнални проби или спектрални експериментални методи, използващи спектрални анализатори.
Описаният метод е подходящ не само за детектиране на сигнал и определяне на неговата амплитуда, но и за определяне на формата на периодичен сигнал. За определяне на формата ключът се отваря за кратко време в периода и постепенно се променя забавянето на отварянето на ключа спрямо началото на периода, използва се т. нар. "стробоскопска осцилография".
Този метод и устройствата, базирани на метода, се използват навсякъде, където се изисква откриване на слаби сигнали и измерване на техните параметри на фона на силни смущения, в астрономията, геофизиката, радиокомуникациите, навигацията и др.