Чувствительности усилителя

Еще одной весьма заметной тенденцией развития радиосистем и устройств является постоянное повышение их потенциала. Под потенциалом понимают произведение трех показателей: мощности передатчика, чувствительности приемника и коэффициента усиления антенн. Именно эти факторы при определенных условиях определяют дальность действия радиосистем. За дальность действия, как и за снижение потребляемой мощности, уменьшение массы, габаритов, стоимости, повышение надежности, разработчики радиоаппаратуры и систем ведут непрерывную борьбу. Как решать эти задачи? Единого рецепта здесь не существует.

Термоэлемент представляет собой тонкий металлический диск с зачерненной поверхностью, к которой касается рабочий спай термоэлектрического преобразователя (термопары). При попадании на зачерненную поверхность диска лучистой энергии он нагревается, вследствие чего э. д. с. термопары будет мерой падающего на приемную площадку излучения. При хорошем качестве зачерненной поверхности относительная спектральная чувствительность в видимой области спектра практически не зависит от длины волны. Для повышения чувствительности приемника используют несколько последовательно включенных термопар.

Термоэлемент представляет собой тонкий металлический диск с зачерненной поверхностью, к которой касается рабочий спай термоэлектрического преобразователя (термопары). При попадании на зачерненную поверхность диска лучистой энергии он нагревается, вследствие чего э. д. с. термопары будет мерой падающего на приемную площадку излучения. При хорошем качестве зачерненной поверхности относительная спектральная чувствительность в видимой области спектра практически не зависит от длины волны. Для повышения чувствительности приемника используют несколько последовательно включенных термопар.

Для получения необходимого сигнала во всех рабочих режимах в. ч. канала передатчики должны обеспечивать необходимый запас по мощности и перекрываемому затуханию/Запас по затуханию считается целесообразным иметь 1—1,5 Нп. Особенно сильные затухания возникают при осаждении на проводах линий гололеда, изморози или мокрого снега, вследствие диэлектрических потерь и слое покрытия. При сильных гололедах эти затухания могут (в редких случаях) даже превосходить допустимые значения, и для некоторых типов защит (селективность действия которых при внешних к. з. обеспечивается в. ч. сигналами) встает вопрос о вы-веденш их при этом из работы. Очень важным является учет разного рода помех. При их отсутствии в. ч. приемник мог бы иметь почти неограниченно высокую чувствительность и сигналы могли бы передаваться на весьма большие расстояния. Значительный уровень помех в в. ч. каналах определяется главным образом наличием высоких напряжений на проводах защищаемых линий сети, Сни определяют помехи от коронирования проводов, дуги в месте к. з., при операциях с выключателями, разъединителями и некоторые другие. Кроме того, имеются помехи от соседних в. ч. капало», радиостанций, атмосферных разрядов. Возникающие помехи дсстаточно подробно изучены и учитываются при выполнении в. ч. каналов [Л. 201]. Отстройка от помех со стороны защищаемой сети обеспечивается выбором порога чувствительности в.-ч. приемника и обеспечением минимально допустимого уровня принимаемых им сигналов. Порог чувствительности приемника выбирается, исходя из уровня помех при к. з. в защищаемой зоне. Минимально допустимый уровень приема с учетом опыта принимается равным около 0,5—0,7 Нп. При этом обеспечивается превышение его над порогом чувствительности в несколько десятых непера. Отстройка от помех со стороны соседних в. ч. каналов и радиостанций обеспе-

Антенны декаметровых, метровых и дециметровых волн. Начиная с декаметрового диапазона, возникает необходимость в ограничении диаграммы направленности антенн. Это вызвано тем, что уменьшение угла излучения увеличивает плотность энергии волны, вследствие чего увеличивается дальность связи без увеличения мощности передатчика и чувствительности приемника. Кроме того, приемные антенны с узкой диаграммой направленности позволяют принимать сигналы с одного преимущественного направления, что ограничивает прием ложных сигналов с других направлений, в том числе сигналов радиопротиводействия и помех. Узкая диаграмма направленности антенн радиолокационных станций позволяет с высокой точностью определять направление на объект наблюдения и, следовательно, параметры его движения и координаты.

Особенность импульсных систем заключается в том, что методы пере--дачи импульсных сигналов, положенные в основу этих систем, делают изменения амплитуды импульсов, происходящие от изменения параметров линии связи, не влияющими, на результат телеизмерения. В импульсных системах переносчиком сигнала является последовательность импульсов, на которую наносится информация об измеряемой величине с помощью различных видов импульсной модуляции: ЧИМ, ВИМ, КИМ и др. (см. гл. 4). Такие системы называются системами дальнего действия. Дальность передачи зависит от уровня сигнала и чувствительности приемника.

Упражнение 1. Для определения чувствительности приемника электромагнитного излучения требуется учитывать частоту электромагнитного излучения. Выполняется ли это требование в формулах чувствительности этой главы?

Уровень порога чувствительности приемника выбирается по формуле

где А зап — минимально допустимый запас по перекрываемому затуханию, равный 10 дБ для первого района и 15 дБ для остальных районов; АР = = 10 lg(A//1400) — уменьшение чувствительности приемника при полосе пропускания Д/ отличной от нормированной.

При специальной фазировке ОМ исключается влияние пакетов максимальных помех, что позволяет снизить уровень порога чувствительности приемника защиты в целом и тем самым повысить перекрываемое затухание канала, иными словами,

Постоянная времени т — параметр, характеризующий тепловую реакцию приемника на изменение мощности потока излучения; зависит от теплоусвоения приемника, перегрева приемной площадки, теплоемкости приемной площадки, конфигурации и свойств черни и т. д. Если зависимость чувствительности приемника от частоты модуляции можно аппроксимировать формулой (XIV. 2), ¦ то постоянная времени

Э. д. с. Е2 усиливается усилителем и приводит в действие вал реверсивного двигателя РД, который перемещает движок реохорда Rp, изменяя ток /к в цепи обмотки WK. При этом в сердечнике трансформатора Т2 создается магнитный поток Фк, противоположный магнитному потоку Ф2, создаваемому током в измерительной обмотке w2. В момент равенства этих потоков э. д. с. Е2 уменьшается до порога чувствительности усилителя и вал РД остановится, а указатель шкалы займет положение, соответствующее измеряемой концентрации.

По аналогии с рабочим диапазоном преобразователя по входной величине можно говорить о рабочем диапазоне по посторонним влияющим величинам, в котором погрешность преобразования не превышает номинального значения. Так, рабочий диапазон изменения питающего напряжения (сети) обычно принимается равным ±10% или ос +5 до —15%. При превышении посторонней величиной пределов рабочего диапазона преобразователь может сохранять работоспособность, но погрешность его возрастает. Поэтому погрешности от внешних факторов называют дополнительными и характеризуют сдвигом нуля или относительным изменением чувствительности на определенное изменение влияющей величины. Например, указывают, что температурная погрешность нуля датчика составляет 2% от предела измерения на каждые 10 град г изменения температуры или погрешность чувствительности усилителя равна 5% на 10% изменения напряжения питания и т. д. Для наиболее полной характеристики преобразователя в отношении влияния посторонних факторов надо было бы указывать по каждому из факторов рабочий диапазон, диапазон работоспособности и дополнительную погрешность.

Погрешности приборов с проволочными, фольговыми и. пленочными -ензосопротивлениями тесно связаны с градуировкой этих приборов. Если нет возможности градуировать непосредственно рабочий преобразователь, то погрешность, обусловленная неидентичностью и качеством приклейки рабочих и градуируемых тензо-сопротнвлений, может быть 1—5% даже при весьма тщательной приклейке, а общая погрешность прибора (включая погрешность усилителя, указателя и др.) может достигать 10—15%. При градуировке непосредственно рабочего преобразователя, а также при возможности контроля чувствительности усилителя и установки нуля

Другой характеристикой каждого из преобразователей, входящих в цепь прямого преобразования, является погрешность нуля, иначе называемая порогом чувствительности. Так, например, порог чувствительности усилителя переменного тока определяется пульсацией питающего напряжения, шумами ламп и сопротивлений, наводками промышленной частоты 50 гц и, приведенный ко входу усилителя, составляет величину порядка 20—50 мкв. Порог чувствительности моста также не равен нулю, хотя бы уже потому, что все сопротивления моста обладают некоторым шумом, а еще более оттого, что все сопротивления моста обладают какой-то степенью нестабильности, вследствие чего состояние равновесия не является абсолютно устойчивым, а подвержено дрейфу и флюктуациям. Порог чувствительности реостатного датчика определяется переходом движка с одного витка реостата на другой, а нулевое положение ионизационного датчика — той ионизацией, которая всегда существует в атмосфере Земли.

Необходимость в регулировке чувствительности усилителя, т. е. в стабилизации выходного напряжения, вызвана тем, что при повышении измеряемой температуры яркости излучения как в красной, так и в синей области спектра возрастают значительно сильнее, чем их отношение.

Э. д. с. Е2 усиливается усилителем и приводит в действие вал реверсивного двигателя РД, который перемещает движок реохорда Rp, изменяя ток /к в цепи обмотки шк. При этом в сердечнике трансформатора Т2 создается магнитный поток Фк, противоположный магнитному потоку Ф2, создаваемому током в измерительной обмотке w2. В момент равенства этих потоков э. д. с. Е2 уменьшается до порога чувствительности усилителя и вал РД остановится, а указатель шкалы займет положение, соответствующее измеряемой концентрации.

свойств усилителя величиной коэффициента передачи теряет практический смысл. При очень слабых сигналах, подлежащих усилению, чаще пользуются понятием «чувствительности» усилителя, указывая уровень его собственных шумов *). При этом условно предполагается, что полезный сигнал с таким же уровнем (отношение сигнала к шуму равно единице) уже может различаться на фоне помех.

Наличие собственных помех в усилителе приводит к тому, что сценка его пригодности для использования по коэффициенту усиления не всегда имеет практическую ценность. Часто удобнее пользоваться понятием абсолютной чувствительности усилителя, указывая интенсивность его собственных шумов. При этом условно предполагается, что полезный сигнал с такой же интенсивностью (отношение сигнала к шуму равно единице) может различаться на фоне помех.

Уменьшение уровня дрейфа ведется прежде путем снижения чувствительности усилителя и воздействия дестабилизирующих факторов, и с этой точки зрения значительно лучшие результаты получаются при использовании симметрично выполненных балансных (мостовых) схем, как, например, на 8.36; возможны и другие способы включения усилительных элементов, в частности, в плечах I и II ( 8.3а) или во всех четырех плечах (последнее встречается, главным образом, в ламповых усилителях). Естественно, что при изменении температуры или питающего напряжения свойства однотипно выполненных плеч будут меньше отличаться, чем, скажем, у транзистора и резистора и т. д. Еще лучшие результаты в смысле симметричности плеч и меньшей чувствительности к дестабилизирующим факторам получаются при выполнении схемы на сдвоенных усилительных элементах — двойных транзисторах, двойных (ламповых) триодах и т. д. вместо двух отдельных приборов. Для транзисторных усилителей предпочтение следует отдать кремниевым транзисторам, у которых ток ICBO значительно меньше, чем у германиевых. В качестве двойного транзистора хорошо себя зарекомендовал интегральный прерыватель ИП-1, содер-

динамический диапазон — отношение максимальной амплитуды входного сигнала, при которой его искажения имеют предельно допустимое значение, к чувствительности усилителя;

Первый член в уравнении (19.21) определяет абсолютный нижний предел минимального входного сигнала, так как он представляет собой напряжение тепловых шумов источника сигнала в полосе пропускания усилителя. Два других члена выражения (19.21) определяют снижение предельной чувствительности усилителя за счет его собственных шумов.