А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 50

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 50)

Как было отмечено выше, положительная обратная связь, используемая в мультивибраторах, приводит к тому, что активные элементы мультивибраторов работают в режиме быстродействующих переключателей. Наличие двух состояний активных элементов и высокая скорость процессов переключения используются для создания на основе схем мультивибраторов специальных устройств, среди которых наибольшее распространение получили триггеры, или спусковые схемы.

186 Глава 7. Гене ато ы але ических колебаний Триггеры представляют собой устройства, имеющие два устойчивых состояния, переключение между которыми осуществляется внешним сигналом. В отсутствие внешнего переключающего воздействия триггер находится в одном из двух устойчивых состояний. Например, если в схеме мультивибратора рис. 7.25 исключить элементы В и С, определяющие основной период колебаний мультивибратора, то получим так называемый триггер Шмитга (рис. 7.27).

Вход Наличие положительной обратной связи по постоянному наВмхед пряжению приводит к тому, что при отсутствии входного сигнала триггер будет находиться в одном из устойчивых состояний (либо +сг„„, либо -сг„на выходе), состояние, когда дифференциальное напряжение на входе ОУ равно нулю (что соответствует а,„„= О), является неустойчивым. Сколь угодно малое йз начальное отклонение от этого состояния усиливается ОУ, положительная обратная связь приводит к дальнейшему росту величины дифференциального напряжения на входе ОУ того же знака, Р"с.

727 Схематриг- что и начальное отклонение, которое вновь усиливается Оу, и геР" цзьштт~ "а о"е т.д. Происходит лавинообразный, или регенеративный процесс усиления малого начального отклонения, который прекращается, когда усилитель переходит в устойчивое состояние насыщения. Знак напряжения насыщения на выходе ОУ определяется знаком начального отклонения дифференциального напряжения на входе ОУ. и11~ Рассмотрим работу триггера Шмитга при по- лаче на его вход изменяющегося во времени сиги нала. Пусть триггер находится в устойчивом со- стоянии, характеризующемся напряжением +(Г„ -и„ на выходе. В этом случае потенциал на неинвертируюшем входе ОУ равен +К = +(гнас22~(Рь + %з). Триггер будет находиться в этом состоянии до 0 тех пор, пока потенциал на инвертирующем вхо- де ОУ будет а ( +(7,.

Если в результате измене- -и„ ния входного сигнала в некоторый момент време- ни потенциал на входе триггера (инвертирующий Рис. 7.28. К приниипудействиятрипе- вход ОУ) превысит величину +(г,„это приведет ра Шмитта к смене знака дифференциального напряжения, действующего на входы ОУ, и триггер быстро перебросится в другое устройчивое состояние, характеризующееся напряжением — (Г„на выходе ОУ. На неинвертируюшем входе ОУ при этом установится потенциал -(г, = -В,/(Л, + В,). Легко видеть, что триггер Шмитга имеет два устойчивых состояния, переброс между которыми происходит при переходе величины управляющего сигнала через пороговые значения +(Г, и -(Г, (рис.

7.28), Триггер Шмитга на ОУ является лишь одним из примеров широкого многообразия спусковых схем, которые могут быть реализованы с использованием самых различных активных элементов и явлений (электронные лампы, транзисторы, туннельные диоды, оптическая бистабильность в нелинейной оптике и т.д.).

Наличие у триггерных схем двух устойчивых состояний, возможность управления переходом из одного состояния в другое и высокое быстродействие процессов переключения делают эти схемы незаменимыми элементами различных радиофизических устройств, широко используемых в системах передачи и обработки информации.. Шумы При обработке информации электронными устройствами на их выходе наряду с полезными сигналами наблюдаются помехи — изменения токов, напряжений или других выходных величин, не связанные с полезным сигналом и мешающие его регистрации или использованию. Чем слабее входной сигнал, тем существеннее влияние помех, ограничивающих чувствительность радиоэлектронных устройств.

Вследствие этого изучение природы помех и разработка помехоустйойчивых методов передачи и обработки информации имеют громадное практическое значение. Часть помех поступает на вход электронных устройств вместе с полезным сигналом. Их называют внешними. Они создаются грозовыми разрядами и другими процессами в атмосфере и космическом пространстве, промышленным оборудованием, медицинскими установками и т. п. Эти помехи можно существенно ослабить, примененяя узконаправленные антенны, экранировку линий связи и т. д. Помехи возникают и в самих электронных устройствах.

Это так называемые внутренние помехи. Часть внутренних помех обусловлена тем, что источники тока, электровакуумные, полупроводниковые приборы и другие элементы электронных систем изменяют свои характеристики вследствие нестабильности внешних условий, а также со временем вследствие старения. В результате этого параметры электронного устройства в целом непрерывно случайным образом изменяются, что проявляется в изменении сигнала на выходе, т. е.

приводит к появлению помех. Эти помехи, обусловленные техническим несовершенством аппаратуры, также можно частично устранить. Другая часть внутренних помех связана с электрическими флуктуациями, обусловленными дискретностью структуры вещества, дискретной природой электрического заряда и электромагнитного излучения.

Параметры любого сигнала (напряжение, ток, напряженность поля и т.п.) являются средними величинами, которые характеризуют поведение большого числа заряженных частиц. Статистические флуктуации этой совокупности частиц и вызывают появление электрических флуктуаций. Характерной особенностью флуктуационных помех является то, что они порождаются явлениями микроскопических масштабов и принципиально не могут быть устранены.

Термин "шум" обьггно используется для обозначения именно этих флуктуационных помех. 188 Глава 8. Шумы 8.1. Основные статистические характеристики случайного процесса Математическое ожидание и дисперсия При наличии шума напряжение, ток и другие физические величины имеют в каждый момент времени случайные значения и не могут быть заранее предсказаны и вычислены. Однако ряд свойств подобных случайных величин х(1) весьма точно описывается такими статистическими характеристиками, как математическое ожидание, дисперсия, функция автокорреляции и т. д. Использование этих величин для описания случайного процесса подобно описанию свойств геометрического тела его числовыми характеристиками: длиной, шириной, высотой, объемом, моментом инерции и т, п.

Математическое ожидание случайной величины я(1) определяется соотношением т!2 1 В = 1пп — / в(1) й. т- Т Из этого соотношения следует, что математическое ожидание совпадает со средним значением случайной величины. Здесь и далее усреднение по времени обозначается чертой сверху. Под флуктуациями подразумевают отклонения случайной величины от ее среднего значения. Таким образом, для отдельной флуктуации Ь имеем Ь = в(1) — Б. Из этого определения следует, что среднее значение флуктуаций равно нулю. В силу этого величину флуктуаций принято характеризовать средним значением квадрата флуктуаций, или дисперсией; сг Г2 (ж(г) У)2 Дисперсия является мерой рассеяния случайной величины вокруг ее среднего значения.

Если случайная величина я(1) — ток или электрическое напряжение, то дисперсия определяет величину электрической мощности флуктуаций. Определим суммарную мощность двух источников шумовых напряжений и,(1) и и,(1), причем я,(1) = О и я2(1) = О. Если суммарное напряжение в,(1)+ и,(1) приложено к резистору с сопротивлением 1 Ом, то среднее значение мощности Р, рассеиваемой на этом резисторе, численно равно Р = яи,(1)2+ и,(й)'+ 2и,(1)и,(С).

Первые два члена в правой части этого соотношения соответствуют средним мощностям каждого из источников. Третий член есть удвоенное среднее значение произведения двух случайных величин. Если изменения и,(1) полностью независимы от изменений и,(1), то среднее значение произведения я,(1)и2(1) будет равно нулю.

В таком случае величины и,(1) и в,(1) называются статистически независимыми. Таким образом, мощность шума, отдаваемого в нагрузку статистически независимыми источниками шума, есть сумма мощностей, отдаваемых в нагрузку каждым источником. Функция корреляции и анергетический спектр В дальнейшем будем для простоты считать, что математическое ожидание (т. е. среднее значение) случайной величины равно нулю.

Математическое ожидание и дисперсия 8.1. Основные статистические ха акте истнки случайного процесса 189 не отражают связи между значениями случайной величины в различные моменты времени. Для этого необходимо определить среднюю величину их произведения ~-т/ь 1 / К(т) = !ип — / и(!)и(! — т) г!т, т Т -тгг где т — временной сдвиг. Величина, определяемая этим соотношением, называется функцией автокорреляции. При т = 0 она принимает наибольшее значение, равное дисперсии +т12 г К(0) = о = 1ип — ~ в(!) сИ. т Т -тг2 С увеличением т функция автокорреляции уменьшается, так как величины и(!) и с(! — т) становятся независимыми, и среднее по времени значение произведения и(!)и(! — т) стремится к нулю. Таким образом, функция автокорреляции определяет временные свойства случайного процесса — его "память'*, илн "последействие*' .

Характеристики

Список файлов книги