Спектрална плътност на флуктуациите на напрежението и тока в осцилаторконтур - Jilavdari I

Спектрална плътност на флуктуациите на напрежението и тока в осцилаторна верига

Да си представим, че осцилаторната верига е система, на входа на която действа източник на шум (генератор на произволно напрежение), чиято спектрална плътност на мощността се определя от формулата на Найкуист. Източникът на шум е резисторът.

Както е показано по-горе,. Защото и

, където , , лесно се установява, че спектралната плътност на мощността на флуктуациите на тока във веригата

Това вече не е бял шум, а, както се казва, спектрално оцветен. При  спектрална плътност , т.е. топлинният шум е намален. Това се случва във всяка електрическа верига, тъй като всички те имат индуктивност и капацитет. Дисперсията на този шум е . Тази стойност, както може да се очаква, съвпада с изчислената по-горе стойност.

Енергийната мощност на електрическия шум, разсеян в резистор в определен честотен интервал, може да се изчисли чрез интегриране на спектралната плътност на мощността в този интервал. По аналогия с формулата, предвид нейния квадратичен характер по отношение на тока, мощността, разсейвана в резистора в честотната лента отf1доf2ще бъде равна на . По същия начин, въз основа на формулата, тази мощност може да се изчисли с помощта на формулата . И в двата случая мощността е W=4kTf. В равновесна система тази мощност влиза в резистора от околната среда и се връща обратно.

Еквивалентна температура на нетермичен шум

В повечето случаи праговата чувствителност на устройствата и инсталациите е ограничена не от термичен, а от друг източник на шум (електронен шум, механични вибрации). Например при измерване на гравитацията спружинните баланси се нарушават от вибрации от преминаващи превозни средства, сеизмични вибрации на почвата и др. В резултат на тези вибрации пружинният баланс ще трепти главно с честота, която съвпада с честотата на собствените му трептения.

За целите на яснотата и възможността за сравнение с топлинния шум, интензитетът на нетермичния шум може също да се характеризира с определена еквивалентна температура, при която тези шумове биха били сравними с топлинния шум. За да направите това, енергията на трептенеWсе изразява в единици еквивалентна температураTeq, като се използва равенството , къдетоk= 1,3810 -23 J/K е константата на Болцман. Тук е средната енергия на нетермичен шум.

Да оценим например стойността на еквивалентната температура на лабораторна маса с масаm=100kg, вибрираща с честотаf =100 Hz и амплитудаа=10 -8 см. За да направим това, изчисляваме кинетичната енергия на трептенията на масата и я изразяваме в температурни единици. Приемаме, че масата извършва хармонични трептения по закона. Тогава линейната скорост на трептенията: . Нека вземем предвид, че =2f. Средната стойност на кинетичната енергия на вибрациите. От тук намираме: Численото изчисление даваTeq=3,6 10 10 K.

Обърнете внимание, че конструираният по-горе математически апарат може да се използва за анализиране на шум от всякакво естество с известна спектрална плътност на мощността.

Външни електромагнитни шумове и смущения и методи за тяхното намаляване

Има два основни начина за намаляване на шумовите смущения: екраниране и заземяване. Тъй като екранирането обикновено е придружено от заземяване, те са тясно свързани. Така, например, по-долу ще бъде показано, че кабелният екран, използван за потискане на електрическите полета, трябва да бъде заземен. С дяснатаекраните могат значително да намалят свързването на шума. Те могат да бъдат инсталирани около елементи, вериги и устройства, както и около кабели и далекопроводи. В този раздел ще разгледаме само екранирането на проводници, които предават информационни сигнали.

Ще приемем, че има три вида връзки между проводниците:

капацитивен, или електрическо свързване - причинява се от взаимодействието на вериги чрез електрически полета. Този вид връзка обикновено се определя в литературата като електростатична връзка, което не е вярно, тъй като полетата не са статични.
Индуктивнотоили магнитното свързване е резултат от взаимодействието на две вериги чрез магнитни полета.
електромагнитното свързванее комбинация от електрически и магнитни полета, често наричано радиационно свързване. Когато се анализира близкото поле, електрическото и магнитното поле обикновено се разглеждат отделно и се свеждат до предходните две. Случаят на електромагнитно поле се разглежда за далечното поле. Веригата, която създава смущения, се нарича източник, а веригата, която се смущава, се нарича приемник.

Капацитивно свързване (капацитивно смущение)

B винаги има някакъв паразитен капацитетCn между входа на измервателната система и някаква линия за променливо напрежение, разположена наблизо (вижте Фиг.). В резултат на това във входната верига на измервателната система ще се индуцира напрежение на смущение. В този случай се казва, че има капацитивно свързване между SI и източника на шум.

Намерете напрежението, индуцирано от източникаU

на входа на измервателната система. За да направим това, използваме еквивалентната схема на това устройство.

Тъй катоСp е малка стойност, тогава zc>>z . Оттук следва, че

,къдетоzc=1/j?c е капацитетът на паразитния кондензатор.

И от предишната формула се виждат методите за справяне с капацитивното прихващане:

намаляваCn, т.е. отстранете измервателния уред от външни проводници;
намаляване наz0 (изходен импеданс на обект);
намаляване на входния импеданс на измервателния уредzi;
екранирайте входната верига на измервателния уред, като го поставите в заземен проводящ екран:

E Кранът в измервателната система трябва да се простира възможно най-далеч. При високочестотни смущения е важно екранът да няма отворени тънки процепи. Екранът не трябва да се използва като заземен проводник.

ВАЖНО!Екранът трябва да бъде заземен в края, който се свързва към веригата с най-малко съпротивление. Капацитивният шум е вид допълнителен шум.

Ако щитът е заземен и централният проводник не се простира отвъд щита, напрежението на шума върху проводника се намалява почти до нула. На практика обаче централният проводник обикновено се простира отвъд екрана. В този случай, дори ако екранът е заземен, върху проводника се индуцира шумово напрежение, което зависи от дължината на частта от проводника,, излизаща извън екрана.

По този начин, за добро екраниране на електрическото поле е необходимо:

1) минимизирайте дължината на централния проводник, простиращ се извън екрана;

2) уверете се, че екранът е добре заземен.

Заземяването на екрана в една точка дава добър ефект за кабел, чиято дължина не надвишава 1/20 от дължината на вълната на променливото електрическо поле. По-дългите кабели може да изискват заземяване в повече от една точка.