АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Устройства приема и обработки сигналов

Читайте также:
  1. II. Порядок приема и увольнения
  2. А как быть с другими приемами пищи?
  3. АБОНЕНТАМИ И (ИЛИ) АБОНЕНТСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ
  4. Автоматизированные системы обработки информации и управления в сервисе.Клачек.
  5. Амплитудный детектор радиосигналов
  6. Анализ и структурирование проблемы восприятия населением рисков пользования цифровыми мобильными устройствами для здоровья
  7. Анализ техпроцессов механической обработки заданных деталей с экономическим обоснованием по их усовершенствованию.
  8. Аналоговой обработки сигналов.
  9. Аудит электронной обработки данных. Контрольная среда.
  10. Аудит электронной обработки данных. Контрольная среда.
  11. Барабаны, устройства для сепарации пара от влаги, ступенчатое испарение
  12. Биологические действия модулируемых сигналов

К устройствам приема и первичной обработки сигналов относятся как радиотехнические элементы входных цепей (детекторы, смесители и преобразователи гетеродинного и автодинного типов), так и фотоприемные полупроводниковые элементы (фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы и приемные оптические модули) и фотоумножители.

Простейшим приемным элементом, как и в обычных системах приема, являются диоды (случай прямого детектирования). Предельная чувствительность этого метода определяется типом применяемого диода, его шумами, способом обработки продетектированного сигнала, параметрами применяемого усилителя и лежит в пределах 10-6 – 10-8 Вт. Применение подобного метода (самого дешевого) оправдано при небольшой дальности или при значительной мощности сигнала в месте приема. Более чувствительным методом (на 30 - 40 дБ) является гетеродинный и автодинный прием (либо методы синхронного и асинхронного детектирования). В этом случае принимаемый с антенны сигнал поступает на нелинейный элемент куда подается дополнительно более мощный, по сравнению с принимаемым сигналом, сигнал гетеродина. При преобразовании выделяется промежуточная частота (либо нулевые биения, для случая синхронного либо асинхронного детектирования), меньшая чем входной сигнал, с амплитудой пропорциональный полезному сигналу. Устройства, выполняющие подобные преобразования, называются преобразователями или смесителями и строятся по однополупериодной, балансной, мостовой или двойной балансной схемам. Различные схемы построения позволяют повысить чувствительность, снизить влияние шума гетеродина, подавить сигнал зеркальной частоты. В интересуемом нас диапазоне частот наиболее часто используются схемы балансного преобразования, которые строятся на диодах с р-п -переходом, барьером Шотки, р--п -структурах и выполняются в полосковом или волноводном вариантах. Автодинные преобразователи отличаются тем, что функцию гетеродина и смесителя выполняет один элемент (транзистор, диод Ганна, ЛПД и др.) с выхода которого и снимается преобразованный сигнал на промежуточной частоте. Последние схемы дают хороший результат при приеме импульсных сигналов в случае совпадения частот принимаемого и генерируемого гетеродином сигналов.

В радиоволновых методах (включая и вариант прямого детектирования) для обработки, выделенного устройством приема, сигналов используются усилители постоянного тока и усилители промежуточной частоты, которые могут быть выполнены как на дискретных элементах (лампах, транзисторах и пр.), так и на микросхемах (операционные усилители: - КР140УД1, К140УД1, 5 - 9, К140УД14, 20, К544УД1, КМ551УД2, К553УД1, 2 и др. - специализированные интегральные схемы). Вопросы согласования последних с устройствами приема заключаются в расчете электрических цепей с требуемыми значениями входного и выходного сопротивлений. Описание и принцип работы устройств обработки рассмотрены в специальной и популярной литературе по радиотехнике и составляют вопрос выходящий за рамки этой книги.

В рассмотренных радиоволновых методах приема входной сигнал и сигнал с выхода преобразователя имеет одну природу.

Фоточувствительные приборы (для приема оптических сигналов) связывают оптическую и радиоэлектронную системы в аппаратуре приема. По этой причине их выбирают с учетом требований ко всему приемному тракту в целом. Их характеристики должны отвечать наилучшему согласованию в цикле приема оптического излучения и обработки электрических сигналов.

При падении на фоточувствительную поверхность прибора оптического излучения полезного сигнала оно частично теряется (отражение, рассеяние), а остальная часть поглощается этой поверхностью, создавая дополнительную электропроводность (фотопроводимость) полупроводникового материала. Это происходит в случае, когда энергия фотонов превышает некоторое пороговое значение. Основным структурным элементом большинства фотоприборов служит р-п -переход или объем полупроводникового материала. Свойства фотоприемников описываются системой характеристик и параметров, выражающих зависимость тока или напряжения сигнала и шума на выходе от различных факторов: мощности, спектрального состава и частоты модуляции возбуждающего излучения, температуры окружающей среды, напряжения питания, наличия фоновых помех и др.

Простейшим фотоприемным элементом является фоторезистор - прибор, изменяющий свою проводимость при наличии освещенности в заданном частотном диапазоне (ФСК-0, 7, СФ2-1, 4-3Д, ФПФ7-1, 9-2, ФДК-1, ФД-3К, 29КП, 20-33К, ФД252, 265Б и др.). В отсутствие облучения темновой ток не превышает нескольких микроампер, а при облучении возрастает на несколько порядков. Недостатками фоторезисторов являются нелинейность световой (при большой освещенности) и вольт амперной характеристик, значительная инерционность (определяемая временем жизни неравновесных носителей заряда в объеме полупроводника) и значительный шум. Такие элементы могут работать в устройстах с быстродействием не более 10-4 с.

Лучшими характеристиками обладают фотодиоды - малоинерционные фотоприемники (ФД-1...7Г). Инерционность их зависит от временных характеристик процесса фотогенерации носителей, условий разделения электронно-дырочных пар, емкости р-п -перехода, а также сопротивления нагрузки. Особую группу фотодиодов, отличающихся очень малой инерционностью, представляют р--п и лавинные фотодиоды, которые способны работать до частот порядка нескольких гигагерц. Темновой ток (протекающий через диод независимо от фототока) представляет собой сумму обратного тока и тока поверхностной утечки. Он вызывает дробовый шум. У кремниевых фотодиодов этот ток мал (около 10-22 А), поэтому и уровень шума относительно невысок. Шумовые характеристики германиевых приборов значительно хуже. Границу чувствительности в области длинных волн определяет ширина запрещенной зоны материала, а падение чувствительности в области коротких волн - уменьшение длины поглощения (поглощение излучения вблизи поверхности и поверхностная рекомбинация фотовозбужденных носителей). Примеры выполнения фотоприемников см. рис. 21 а, б, в, г.

Кроме рассмотренных приборов могут использоваться фототранзисторы (ФТ-1К, - 2Г, ФТ-3, 3Г, ФТГ-4,5) и фототиристоры (первые из названных обладают внутренним усилением выделенного сигнала, а вторые обеспечивают переключение режима с малого тока на большой).

В качестве элементов приема оптического сигнала в случае высоких требований по чувствительности могут использоваться и фотоумножители - выкуумные приборы в которых падающий световой поток выбивает из мишени фотоэлектроны, усиливаемые за счет вторичных электронов с динодов в сильных электрических полях. Однако последние приборы требуют высоких питающих напряжений и специальной оптики для фокусировки падающего светового потока.

Рис. 21

В современных приемных устройствах оптического и инфракрасного диапазонов используются приемные оптические модули, которые представляют собой собранные в общем корпусе устройства, состоящие из фотодетекторов (р--п или лавинного фотодиода) и малошумящих предварительных усилителей. При использовании лавинного фотодиода в качестве фотодетектора можно изменять подаваемое на него напряжение обратного смещения и таким образом регулировать коэффициент лавинного умножения. Последнее позволяет значительно расширить динамический диапазон модуля и таким образом учитывать условия прохождения сигнала при изменении внешних условий эксплуатации (при наличии в модуле блока автоматической регулировки усиления)

При использовании р-i-п- диода в качестве фотодетектора электронная схема предварительного усилителя упрощается. Она сводится к двойному амплитудному детектору, схеме сравнения и фильтру. Динамический диапазон такого модуля значительно ниже. Отечественные приемные оптические модули работают на длине волны 0,85 мкм. Имеют пороговую чувствительность порядка (3 - 1,5)10-6 (фирмы Simens Y23804 - 510-7), потребляемый ток 50 - 120 мА.

В оптическом диапазоне при использовании фоторезисторов наиболее часто используют дифференциальные и мостовые схемы включения, так как в них легко компенсировать изменение фототока, вызываемые температурной нестабильностью и временным дрейфом сопротивления. С помощью фоторезисторов легко осуществить управлением работой транзисторных каскадов.

Фотодиоды, как правило, включают в базовые цепи транзисторов для усиления фототока. Если необходимо линейное усиление фототока, следует применять транзисторные усилители со стабильным коэффициентом передачи тока, интегрирующие и трансимпедпнсные. Для повышения чувствительности фотоприемника могут быть использованы логические микросхемы и особенно КМОП - микросхемы, которые позволяют довести потребляемый ток фотодатчика (без учета тока нагрузки) до наноамперного уровня. Вследствие этого флуктуационные явления в кристаллах фотодиода и микросхемы, вызываемые внутренним перегревом, минимальны. Этим объясняется высокая точность срабатывания фотодатчика.

Для повышения чувствительности фотодиоды используются в фотогальваническом режиме, что увеличивает обнаружительную способность при одинаковых спектральных интервалах. Верхняя граничная частота модуляции излучения служит основанием для выбора прибора. Минимальной постоянной времени обладают p-i-n, фото и лавинные диоды.

Фототранзисторы подключают к усилителям так же, как и фотодиоды, однако фототок транзистора в десятки раз больше, чем у диода.

Фототиристоры можно использовать для непосредственной коммутации нагрузки в низковольтных цепях малой мощности (исполнительные устройства). В мощных и высоковольтных преобразователях маломощный фототиристор управляет мощным, в цепь которого включается требуемая нагрузка.

К приемным устройствам ультразвуковых колебаний относятся различные пьезоэлектрические и акустоэлектрические датчики, параметры которых зависят от падающей на их поверхность звуковой мощности. Такие датчики, со схемами согласования и усиления представляют собой законченные приемные модули, которые формируют входной сигнал в канале приема.

К устройствам предварительной обработки сигналов относятся схемы согласования и усиления, выделенных элементами приема, сигналов.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)