Техника физического эксперемента (конспект) (стр. 11 из 14)
Фізичний енергетичний спектр (ω > 0).
Математичний спектр
Параметри шумів можна розраховувати по наведеним вище формулам.
За допомогою аналогових приладів вимірюють математичне сподівання як постійну складову. (U0 за допомогою осцилографа).
Ефективне значення можна виміряти ватметром, покази якого не залежать від форми сигналу (термоелектрична, калориметрична системи).
Дисперсію можна вимірювати як потужність змінної складової шуму на опорі 1 Ом.
Для вимірювання функції кореляції використовують аналогові корелятори:
Ефективно корелятори використовують для виділення періодичного сигналу із шуму, коли суміш сигналу і шуму адитивна.
Функція кореляції від гармонічного сигналу є косинусоїда.
Прилад для вимірювання енергетичного спектра реалізується на основі ватметра і резонансного фільтра, який перестроюється в широкому діапазоні. Такий фільтр реалізується за допомогою супергетеродинного метода.
Юля Бондаренко
61.Генератори шумів. Робота, структурна схема, особливості для різних діапазонів частот.
Генератори шумів
Є аналогові генератори шумів, цифрові і цифрові із аналоговим датчиком шуму на вході.
Цифрові шуми є двох рівнів: „0” та „1”, амплітуда постійна, а момент появи – випадковий.
Найбільш поширені – генератори білого шуму, в якого енергетичний спектр рівномірний у заданій смузі частот.
Параметри генераторів:
1 – рівномірність і стабільність від зовнішніх параметрів;
2 – потужність вихідного шуму;
3 – можливість змінювати смугу частот.
Дуже часто в генераторах шуму використовують супергетеродинний метод для перенесення смуги частот.
Структурна схема аналогового генератора:
 |  |
· Смуговий фільтр призначений для зміни смуги частот.
· Атенюатор калібрований (в децибелах).
· Блок керування регулює інтенсивність шумів по джерелу або по підсилювачу.
Ефективне значення потрібно вимірювати приладами, які не реагують на форму сигнала (наприклад, термопара : шум нагріває опір; калориметричніприлади : нагрів води) – ці методи неоперативні, але точні. Функція розподілу шуму може змінюватись.
Піковий детектор вимірює пікове значення, а потім градуює ефективне.
Цифрові генератори з аналоговим джерелом шуму.
Включають джерело шуму і формувач коротких імпульсів (тригер Шмітта).Джерело аналогового шуму дає такий сигнал:
В моменти, коли напруга шуму досяга порогового значення спрацьовує тригер Шмітта, і формуються короткі імпульси. Момент іх появи випадковий.
Окрім цього формують цифрові генератори шуму на основі псевдовипадкової послідовності (ПВП) – імпульсів. Це логічні „0” або „1”.
Найчастіше використовують ПВП-генератори на основіцифрового регістру зсуву з відповідним зворотнім зв’язком. Послідовність імпульсів періодична. Період повторення підбирають таким, щоб з’явилась ПВП імпульсів:
. Тактові імпульси з періодом 
подаються на регістр зсуву. k – кількість розрядів регістра, що ввімкнені.Схема з’єднання розрядів і їх початковий стан визначають порядок повторення „0” або „1”. Чим більша кількість розрядів в регістрі, тим менше ПВП будуть відрізнятись від випадкової послідовності.
Генератор шуму на основі газорозрядної трубки в хвилеводі:
Використовується для калібрування по чутливості різних трактів приймальних систем, для вимірювання коефіцієнта шуму, для встановлення перешкод. Для виділення сигналу з шуму ефективно використовуються цифрові та аналогові корелятори, коли шум в багато разів перевищує сигнал. Потрібно щоб:
- сгнал був періодичним;
- суміш сигналу з шумом була адитивною, а не мультиплікативною.
Якщо ввести адитивну суміш сигналу та шуму на корелятор, то функція кореляції зменшується. Для періодичного гармонічного сигналу функція кореляції є косинусоїдою тої самої частоти, що й вхідний сигнал:
Якщо вибрати велике значення τ, то R(τ) 
спаде до такого малого значення, що можна буде виділити R(τ) 
. Якщо сигнал не гармонічний, а періодичний, його розкладають на гармоніки, а для кожної гармоніки R(τ) є косинусоїдою.
63. Вимірювання енергетичного спектра шумів. Зв'язок енергетичного спектра з функцією кореляції.
Використовують вузькосмужний фільтр, що охоплює весь діапазон частот. На вузьких відрізках Δω вимірюють потужність і ділять виміряне значення на величину опору R. Прилад для вимірювання енергетичного спектру реалізується на основі ваттметра і вузькосмужного (резонансного) фільтра. Щоб фільтр був розрахований на весь діапазон, використовують супергетеродинний метод , перед цим вимірюючи сигнал на проміжній частоті.
Структурна схема:
В 99.9 % випадків енергетичний спектр в електроніці вимірюється не в Вт/(рад/с), а в
В
/ (рад/с), або в В / Гц , А / (рад/с), А / Гц. 
Використовують формули Вінера-Хінчіна :
(в показниковій формі)
(в тригонометричній формі)
Для білого шуму в обмеженій смузі частот функція кореляції має вигляд sin(x)/x, чим більше
ω
смуги частот білого шуму, переходи через 0 функції кореляції наближуються до 0, а величина по координаті R(τ) зростає. Якщо ω прямує до нескінченості, то шум є δ-корельований шум, функція кореляції якого – це δ-функція.Якщо Δω більша за середню (центральну) частоту :
, то шум широкосмужний, навпаки – вузькосмужний. Кореляційна функція для вузькосмужного шуму – косинусоїда з частотою 
і огинаючою sin(x)/x.Приклад для шуму з гаусівським енергетичним спектром:
На наступному малюнку :
І – приклад для широкосмужного гаусівського шуму;
ІІ – для вузькосмужного.
Функція кореляції для детермінованих сигналів:
- завжди.Для одиничних імпульсів:
За наявності декількох імпульсів, що повторюються через величину τ , кореляційна функція такої імпульсної послідовності зсувається на величину τ, симетрично по обидва боки від вісі ординат, та зменшує амплітуду в стільки разів, скільки є імпульсів:
Найпоширеніша в природі функція кореляції – експоненціальна (наприклад, процес генерації та рекомбінації носіїв):
>0 – коефіцієнт спадання. [ ]=1/с=Гц.