Чутливий підсилювач з малим рівнем шумів

Реферат: UA 71118 U UA 71118 U 5 10 15 20 Корисна модель стосується радіотехніки, зокрема радіоприймальних та підсилювальних пристроїв, та може бути використана в системах аналогової і цифрової обробки сигналів. Відомі підсилювачі з малим рівнем шумів, як правило, це підсилювачі на основі арсенидгалієвих польових транзисторів з бар'єром Шотткі або параметричні підсилювачі [1] - Головко Ю.П., Каминский В.В., Макашин В.В. Параметрические усилители биоэлектрических сигналов. Μ.: Энергия, 1971.-160 с. Однак, ці підсилювачі послаблюють власні шуми самого підсилювача і ніяк не впливають на шуми джерела сигналу. Найбільш близьким за суттю є підсилювач на основі схеми компенсації шумів, присутніх в основному і компенсаційному каналах [2] - патент України на винахід № 22888А від 05.05.1998 р. Макаренко О.С. Спосіб компенсації завад лінійного чотириполюсника і пристрій для його здійснення. Однак, цей пристрій також не зменшує шуми джерела сигналу. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий підсилювач, в якому б значно зменшувалися не тільки власні шуми підсилювача, але й шуми джерела сигналу. З цією метою в підсилювачі, який працює на носійній частоті f0, і має в своєму складі полосовий фільтр на цій частоті, новим є те, що в нього введено модулятор, який встановлено на вході підсилювача, а на виході підсилювача схема має два канали - основний канал (ОК) і компенсаційний канал (КК), завдяки чому виникає можливість компенсації шумів, зумовлених шумами джерела сигналу і шумами власне підсилювача. Адитивна флуктуаційна завада, яка зумовлена шумами джерела сигналу і внутрішніми шумами підсилювача (тепловими і дробовими), після проходження крізь вибіркові кола, наприклад підсилювач проміжної частоти (ППЧ), має вигляд вузькосмугового випадкового процесу [3] - Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - Μ.: Сов. радио, 1977.-608 с.: nt   t cos0t  t , де A(t) і t  - обвідна і фаза, які є випадковими, повільними процесами, у порівнянні з cos 25 0t . Таким чином, шум n(t) - це коливання із мішаною амплітудною і фазовою модуляцією. Корисний амплітудно-модульований (AM) сигнал, який формується вхідним модулятором підсилювача, може бути в загальному випадку записаний наступним чином: st   s t cos 0t. 30 35 40 45 50 55 Так, у випадку тональної AM, s t   0 1 m cos t  . Покажемо, що завада n(t) може бути придушена (скомпенсована). Структурна схема підсилювача зображена на Фіг. 1, де 1 - вхідний модулятор на носійній (проміжній) частоті f0, 2 - ППЧ, 3 - підсилювач проміжної частоти ОК (ППЧ ОК), 4 - суматор, 5 детектор, 6 - підсилювач проміжної частоти КК (ППЧКК), 7 - інвертор, 8 - схема керування, К ключ для дискретизації коливань в компенсаційному каналі. В пристрої, що заявляється, поставлена задача вирішується тим, що корисний сигнал f(t) за допомогою вхідного модулятора переноситься на носійну (проміжну) частоту f0, підсилюється на цій частоті і надходить разом з шумом n(t) в основний і компенсаційний канали. В КК встановлено ключ К, який замикається короткими імпульсами тривалістю  , які надходять з частотою дискретизації fд=2f0. Схема обробки аж до детектора, який підключено до виходу суматора, є лінійною, отже до неї можна застосувати принцип суперпозиції і розглядати проходження сигналу і шуму окремо. Особливістю схеми обробки є те, що вибірки суміші сигналу і шуму здійснюються короткими імпульсами в моменти переходу сигналу s(t) через нуль (Фіг. 2). При цьому сигнал після проходження через ППК КК практично буде дорівнювати нулю. Шум n(t), який надходить в КК, дискретизується з частотою fд=2f0. ППЧКК буде виділяти спектр шуму на частоті f0, таким чином відбувається відновлення шуму. Треба підкреслити, що після ключа К коливання мають в своєму складі спектр на частоті То і розмножені спектри на частотах fд, 2fд, …, [3] - Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. - Μ.: Бином, 2007.-656 с. В основному каналі присутня суміш сигналу і шуму, а в компенсаційному каналі на виході ППЧКК практично є тільки шум. Шум КК далі підсилюється, інвертується і надходить на суматор, де відбувається компенсація шуму. Треба підкреслити, що ППЧОК присутній в схемі для того, щоб вирівняти фазові зсуви каналів. Звісно, фільтри ППЧОК і ППЧКК повинні бути однаковими і мати амплітудно-частотну характеристику, яка наближається до прямокутної. Крім того, ППЧ КК повинен мати смугу пропускання по входу, яку можна знайти із приблизного співвідношення f  5 / i, де  і - тривалість імпульсів вибірок (Фіг. 2). Тривалість імпульсів вибірок вибирається із умови  і=Т0/10, де Т0=1/f0. На кресленні Фіг. 1 наведено структурну схему підсилювача. Пристрій містить вхідний модулятор, власне підсилювач на носійній частоті f0, два канали - основний і компенсаційний. В 1 UA 71118 U 5 10 15 основному каналі розташовано підсилювач на частоті f0. В компенсаційному каналі розташовані: ключ К, який здійснює вибірки шуму з частотою 2f0, підсилювач коливань на частоті f0 та інвертор. На суматор підсилювача надходять суміш сигналу і шуму з основного каналу і протифазний шум з компенсаційного каналу. Коефіцієнти підсилення каналів за допомогою інвертора встановлюються такими, щоб шуми в каналах були однакової інтенсивності і протилежні за фазою. Після суматора встановлено детектор, за допомогою якого відновлюється (виділяється) корисний очищений від шумів сигнал f(t). Схема керування 8 формує гармонійний сигнал на частоті f0 і послідовність прямокутних імпульсів тривалістю  для управління роботою ключа К. Комп'ютерне моделювання показало, що реальний підсилювач поліпшує відношення сигнал/шум більше ніж на 30 дБ. Такий підсилювач може використовуватися в приймачах АМ-сигналів і власне як підсилювач з малим рівнем шумів. Очевидно, що в приймачах АМ-сигналів модулятор на вході власне підсилювача не потрібен, тому що на його вхід подається АМ-сигнал, сформований передавачем. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Чутливий підсилювач з малим рівнем шумів, що містить два канали - основний і компенсаційний, який відрізняється тим, що в нього введено вхідний модулятор, вихід якого з'єднаний з входом власне підсилювача проміжної частоти, вихід цього підсилювача з'єднано з входами основного і компенсаційного каналів, тобто з входом підсилювача проміжної частоти основного каналу і з входом ключа К компенсаційного каналу, вихід ключа К з'єднано з входом підсилювача проміжної частоти компенсаційного каналу, вихід підсилювача проміжної частоти компенсаційного каналу з'єднаний з входом інвертора, вихід інвертора з'єднаний з другим входом суматора, перший вхід суматора з'єднано з виходом підсилювача проміжної частоти основного каналу, вихід суматора з'єднано з входом детектора, вихід якого і є виходом підсилювача, на модулятор і ключ К від схеми керування надходять відповідно коливання проміжної частоти і періодична послідовність прямокутних імпульсів з частотою дискретизації, яка в два рази перевищує проміжну частоту, причому вибірка суміші сигналу і шуму в компенсаційному каналі здійснюються короткими імпульсами в моменти переходів сигналу через нуль. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2