Синхронний підсилювач
Синхронний підсилювач- тип електронного підсилювача, в якому застосовано принцип синхронного детектування сигналу.
Дозволяє виявляти періодичні корисні сигнали із заздалегідь відомою частотою на тлі дуже сильних перешкод, величина яких може перевищувати в десятки і сотні разів амплітуду корисного сигналу.
Виграш в роздільну здатність сильно зашумленного сигналу здійснюється за рахунок звуження смуги частот, або, що те ж саме - за рахунок збільшення часу накопичення.
Зміст
Головними елементами синхронного підсилювача є ключ та усереднювач сигналу. Ключ комутується з частотою корисного періодичного сигналу, а вихід ключа підключений до якого-небудь посередника сигналу, наприклад, інтегратору. Працюючи ключ передає на інтегратор у кожному періоді лише частина періоду — час вибірки, решта періоду ключ розімкнуть. Так як сигнал перешкоди зазвичай некорельований з корисним сигналом, то під час вибірки сигнал перешкоди має різні знаки і, будучи проінтегрований за досить велику кількість вибірок, дасть невеликий щодо сигналу внесок у вихідний сигнал інтегратора, тоді як корисний сигнал під час кожної вибірки той самий знак і тому поступово накопичується інтегратором.
Припустимо, що корисний синусоїдальний сигнал з частотою ω і амплітудою A :
який адитивно змішаний з сигналом шуму з нульовим математичним очікуванням U n (t) (t) & gt; , наприклад, з гауссівським шумом, тобто сигнал, що подається на ключ має вигляд
Нехай ключ відкривається протягом кожного 1-го напівперіоди сигналу, тоді вихідний сигнал інтегратора з нульовим початковим сигналом через досить тривалий час, через n + 1 періодів буде
Таким чином, описаний методдозволяє накопичувати сигнал, причому відношення сигналу до шуму в результаті обробки буде тим більше, чим триваліший час накопичення.
У розглянутому прикладі було прийнято, що часи вибірки тривають першу половину періоду (ключ відкривається протягом першого півперіоду). Тобто, обробка зроблена з апріорним знанням частоти та фази корисного сигналу. У багатьох додатках це апріорне знання є. Але можливо, що відома тільки частота сигналу, але невідома фаза. У цьому випадку можна накопичувати результати за допомогою 2 ключів та двох інтеграторів, причому фази відкриття ключів зсунуті на чверть періоду (π/2), що гарантує принаймні в одному з каналів накопичення результату. У цьому випадку амплітуда та фаза корисного сигналу можуть бути отримані обчисленнями:
Якщо апріорно невідома частота корисного сигналу, для її визначення з метою застосування синхронного детектування застосовують кореляційні статистичні математичні методи або спектральні, наприклад, за допомогою дискретного перетворення Фур'є за вибірками сигналу або спектральні експериментальні методи за допомогою аналізаторів спектра.
Описаний метод придатний як виявлення сигналу і визначення його амплітуди, а й визначення форми періодичного сигналу. Для визначення форми ключ відкривають протягом невеликого часу в періоді та затримку відкриття ключа щодо початку періоду поступово змінюють, застосовують так зване «стробоскопічне осцилографування».
Даний метод і прилади, засновані на методі, застосовуються скрізь, де потрібно виявлення слабких сигналів і вимірювання їх параметрів на тлі сильних перешкод, в астрономії, геофізиці, радіозв'язку, навігації та ін.