Аналоговые измерительные устройства

9.6. Генераторы случайных сигналов.

          К основным характеристикам генераторов случайных сигналов относятся: спектральная плотность S0(ω) и  номинальная корреляционная функция R0(τ) выходного сигнала; ширина спектра , определяемая разностью крайних частот диапазона, в котором отклонение спектральной плотности от заданной не превышает допустимого значения; номинальный интегральный закон распределения мгновенных значений выходного сигнала F0(х) или его числовые характеристики; среднее квадратическое отклонение s0, максимальное значение выходного напряжения UШ; пиковый коэффициент UШ/ s0  и др.

          Обобщенная структурная  схема генераторов случайных сигналов не отличается от схемы представленной на рис. 9.1. Отличие состоит в задающем генераторе, который вырабатывает шумовой сигнал с равномерной спектральной плотностью в заданном интервале частот.

          В генераторах случайных сигналов в качестве вольтметра используется вольтметры действующих значений с большим временем усреднения, которое определяется заданным диапазоном частот выходного сигнала и погрешностью измерения.

          В качестве задающих генераторов используются источники вырабатывающие аналоговый шумовой сигнал, которые могут быть электромеханическими, радиоактивными и электронными.

          Электромеханические источники конструктивно сложны и дают узкую ширину спектра выходного сигнала.

          Радиоактивные обладают сложностью конструкции и нестационарностью выходного сигнала, обусловленной снижением активности радиоактивного элемента во времени. Кроме того, при их использовании нужна биологическая защита от радиоактивного излучения.

          Наибольшее распространение получили электронные источники шума, к которым относятся резисторы, электронные лампы, газоразрядные трубки, полупроводниковые шумовые диоды.

          Металлические резисторы используются в высокочастотных генераторах случайных сигналов. Спектральная плотность металлических резисторов равномерна в диапазоне частот до 1010 Гц и выше.

          В диапазоне низких частот используются непроволочные резисторы, многосеточные лампы и стабилитроны.

          Используемые полупроводниковые шумовые диоды имеют спектральную плотность  (10-11 – 10-9 ) В2/Гц  и  ширину  спектра (1 – 3,5 МГц). Но они характеризуются  сильной  температурной  зависимостью  спектральной  плотности (-1,1% / C0).

          Аналоговые генераторы случайных сигналов можно разделить на три группы: генераторы с непосредственным усилением сигнала источника шума; генераторы основанные на использовании флюктуаций фазы и амплитуды «периодических» колебаний; генераторы с преобразованием спектра высокочастотного шума.

          Генераторы с преобразованием спектра высокочастотного шума характеризуются равномерным и достаточно интенсивным спектром в области низких и инфранизких частот и получили наибольшее распространении.

          Преобразование спектра шума может осуществляться двумя способами: гетеродированием и нелинейным преобразованием.

          На рис. 9.12 приведена структурная схема генератора с фазовым детектором, на основе которого осуществляется гетеродирование.

Рис. 9.12.

В этой схеме: ИШ – источник шума; ПУ – полосовой усилитель; ФД - фазовый детектор; ФНЧ – фильтр нижних частот; ШАРУ – автоматическая регулировка уровня шума; ГОН – генератор опорного напряжения

          Спектральная плотность выходного сигнала описывается выражением:

,        (9.9)

где КФД – коэффициент передачи фазового детектора; К(ω0) – коэффициент усиления полосового усилителя;  ω0 - центральная частота ПУ;  S0)- спектральная плотность сигнала ИШ; Um - амплитуда опорного  сигнала;  β = 0,85Ω (Ω  - полоса пропускания ПУ).

          Характеристики генераторов случайных сигналов зависят от многих параметров схемы и поэтому трудно обеспечить малые погрешности параметров выходного сигнала.


© Copyright 2008, SLAiPS. All Rights Reserved. | Design by Design by analogiu.ru