Optymalizacja ustawień analizatora widma w celu poprawy czułości. Czułość i wysiłek Zmiany czułości analizatora pod wpływem podrażnienia

Intensywność doznań zależy nie tylko od siły bodźca i poziomu adaptacji receptora, ale także od bodźców aktualnie oddziałujących na inne narządy zmysłów. Nazywa się zmianą czułości analizatora pod wpływem podrażnienia innych narządów zmysłów interakcja wrażeń.

Wszystkie nasze systemy analityczne mogą w większym lub mniejszym stopniu na siebie wpływać. W tym przypadku interakcja wrażeń, podobnie jak adaptacja, objawia się dwoma przeciwstawnymi procesami: wzrostem i spadkiem wrażliwości. Ogólny wzór jest taki, że słabe bodźce zwiększają, a silne zmniejszają czułość analizatorów podczas ich interakcji. Nazywa się zwiększoną czułość w wyniku interakcji analizatorów i ćwiczeń uczulenie.

Pod wpływem silnego bodźca następuje proces pobudzenia, który wręcz przeciwnie, ma tendencję do koncentracji. Zgodnie z prawem wzajemnej indukcji prowadzi to do hamowania w środkowych sekcjach innych analizatorów i zmniejszenia czułości tego ostatniego. Zmiana czułości analizatorów może być spowodowana ekspozycją na bodźce drugiego sygnału. W ten sposób uzyskano dowody na zmiany wrażliwości elektrycznej oczu i języka w reakcji na przedstawienie osobie badanej słów „kwaśny jak cytryna”. Zmiany te były podobne do tych obserwowanych w przypadku podrażnienia języka sokiem z cytryny.

Znając wzorce zmian wrażliwości narządów zmysłów, możesz

poprzez zastosowanie specjalnie dobranych bodźców bocznych uwrażliwiających ten czy inny receptor, tj. zwiększyć jego czułość. Uczulenie można również osiągnąć w wyniku ćwiczeń. Wiadomo np. jak rozwija się słuch wysokościowy u dzieci zajmujących się muzyką.

Interakcja doznań objawia się innym rodzajem zjawiska zwanego synestezją. Synestezja- jest to wystąpienie pod wpływem podrażnienia jednego analizatora wrażenia charakterystycznego dla innego analizatora. Synestezję obserwuje się w przypadku wielu różnych wrażeń. Najbardziej powszechna jest synestezja wzrokowo-słuchowa, gdy osoba doświadcza obrazów wizualnych pod wpływem bodźców dźwiękowych. Te synestezje nie nakładają się na siebie u poszczególnych osób, jednak są one dość spójne u różnych osób. Wiadomo, że niektórzy kompozytorzy (N. A. Rimski-Korsakow, A. I. Skriabin i inni) posiadali zdolność słyszenia kolorów.

Zjawisko synestezji stało się podstawą powstania w ostatnich latach urządzeń muzyki kolorowej przetwarzających obrazy dźwiękowe na kolorowe oraz intensywnych badań nad muzyką kolorową. Mniej powszechne są przypadki wrażeń słuchowych powstających pod wpływem bodźców wzrokowych, wrażeń smakowych w odpowiedzi na bodźce słuchowe itp. Nie wszyscy ludzie mają synestezję, chociaż jest ona dość powszechna. Nikt nie wątpi w możliwość użycia takich wyrażeń, jak „ostry smak”, „krzykliwy kolor”, „słodkie dźwięki” itp. Zjawiska synestezji są kolejnym dowodem na ciągłe wzajemne powiązanie systemów analizujących ludzkie ciało, integralność zmysłowe odbicie obiektywnego świata (według T.P. Zinchenko).

Czułość analizatorów, wyznaczana wartością progów bezwzględnych, nie jest stała i zmienia się pod wpływem szeregu warunków fizjologicznych i psychologicznych, wśród których szczególne miejsce zajmuje zjawisko adaptacji.

Adaptacja lub adaptacja , to zmiana wrażliwości zmysłów pod wpływem bodźca. Można wyróżnić trzy typy tego zjawiska. Adaptacja jako całkowity zanik czucia podczas długotrwałego działania bodźca. Na przykład lekki ciężar spoczywający na skórze wkrótce przestaje być odczuwalny. Adaptacją nazywa się także inne zjawisko, zbliżone do opisanego, które wyraża się w przytępieniu czucia pod wpływem silnego bodźca.. Obydwa opisane typy adaptacji można połączyć z tym terminem Adaptacja negatywna, gdyż w rezultacie zmniejszają czułość analizatorów. Wreszcie adaptacja nazywa się Zwiększona wrażliwość pod wpływem słabego bodźca. Ten typ adaptacji, charakterystyczny dla niektórych typów doznań, można określić jako adaptację pozytywną.

Kontrast wrażeń Jest to zmiana intensywności i jakości doznań pod wpływem bodźca wstępnego lub towarzyszącego. W przypadku jednoczesnego działania dwóch bodźców następuje równoczesny kontrast. Kontrast ten można prześledzić w wrażeniach wzrokowych. Ta sama postać wydaje się jaśniejsza na czarnym tle i ciemniejsza na białym tle. Zielony obiekt na czerwonym tle wydaje się bardziej nasycony. Znane jest również zjawisko kontrastu sekwencyjnego. Po zimnym słaby ciepły bodziec wydaje się gorący. Uczucie kwaśności zwiększa wrażliwość na słodycze.

Uczulenie. Zwiększona czułość w wyniku interakcji analizatorów i ćwiczeń nazywa się uczuleniem. Znając wzorce zmian wrażliwości narządów zmysłów, można za pomocą specjalnie dobranych bodźców bocznych uwrażliwić ten lub inny receptor, czyli zwiększyć jego czułość. Uczulenie można również osiągnąć w wyniku ćwiczeń. Wiadomo np. jak rozwija się słuch wysokościowy u dzieci zajmujących się muzyką.

Synestezja. Interakcja doznań objawia się innym rodzajem zjawiska zwanego synestezją. Synestezja to wystąpienie pod wpływem pobudzenia jednego analizatora wrażenia charakterystycznego dla innego analizatora. Synestezję obserwuje się w przypadku wielu różnych wrażeń. Najbardziej powszechna jest synestezja wzrokowo-słuchowa, gdy osoba doświadcza obrazów wizualnych pod wpływem bodźców dźwiękowych.

Adaptacja, czyli adaptacja, to zmiana wrażliwości zmysłów pod wpływem bodźca.

Można wyróżnić trzy typy tego zjawiska.

1. Adaptacja jako całkowity zanik czucia podczas długotrwałego działania bodźca. W przypadku ciągłych bodźców doznanie ma tendencję do zanikania. Na przykład lekki ciężar spoczywający na skórze wkrótce przestaje być odczuwalny. Powszechnym faktem jest wyraźny zanik wrażeń węchowych wkrótce po wejściu do atmosfery o nieprzyjemnym zapachu. Intensywność odczuwania smaku słabnie, jeśli odpowiednia substancja jest trzymana w ustach przez jakiś czas, aż w końcu doznanie może całkowicie zaniknąć.

Pełna adaptacja analizatora wizualnego nie następuje pod wpływem stałego i nieruchomego bodźca. Wyjaśnia to kompensacja bezruchu bodźca w wyniku ruchów samego aparatu receptorowego. Ciągłe, dobrowolne i mimowolne ruchy oczu zapewniają ciągłość wrażeń wzrokowych. Eksperymenty, w których sztucznie stworzono warunki stabilizujące1 obraz względem siatkówki, wykazały, że wrażenie wzrokowe zanika po 2-3 sekundach od jego wystąpienia, tj. następuje pełna adaptacja.

2. Adaptacją nazywa się także inne zjawisko, zbliżone do opisanego, które wyraża się przytępieniem czucia pod wpływem silnego bodźca. Na przykład, gdy zanurzysz rękę w zimnej wodzie, intensywność doznań wywołanych bodźcem temperaturowym maleje. Kiedy przenosimy się ze słabo oświetlonego pokoju do jasno oświetlonego pomieszczenia, początkowo jesteśmy oślepieni i nie jesteśmy w stanie dostrzec żadnych szczegółów wokół nas. Po pewnym czasie czułość analizatora wizualnego gwałtownie maleje i zaczynamy widzieć normalnie. To zmniejszenie wrażliwości oczu pod wpływem intensywnej stymulacji światłem nazywa się adaptacją do światła.

Obydwa opisane rodzaje adaptacji można połączyć z terminem adaptacja negatywna, gdyż w efekcie zmniejszają one czułość analizatorów.

3. Adaptacja to wzrost wrażliwości pod wpływem słabego bodźca. Ten typ adaptacji, charakterystyczny dla niektórych typów doznań, można określić jako adaptację pozytywną.

W analizatorze wizualnym jest to adaptacja do ciemności, gdy wrażliwość oka wzrasta pod wpływem przebywania w ciemności. Podobną formą adaptacji słuchowej jest adaptacja do ciszy.

Duże znaczenie biologiczne ma adaptacyjna regulacja poziomu wrażliwości w zależności od tego, jakie bodźce (słabe lub silne) oddziałują na receptory. Adaptacja pomaga narządom zmysłów wykrywać słabe bodźce i chroni narządy zmysłów przed nadmiernym podrażnieniem w przypadku niezwykle silnych wpływów.

Zjawisko adaptacji można wytłumaczyć zmianami obwodowymi, które zachodzą w funkcjonowaniu receptora podczas długotrwałej ekspozycji na bodziec. Wiadomo zatem, że pod wpływem światła ulega rozkładowi fiolet wzrokowy, znajdujący się w pręcikach siatkówki. Przeciwnie, w ciemności przywracany jest wizualny fiolet, co prowadzi do zwiększonej wrażliwości. Zjawisko adaptacji tłumaczone jest także procesami zachodzącymi w środkowych sekcjach analizatorów. Przy długotrwałej stymulacji kora mózgowa reaguje wewnętrznym hamowaniem ochronnym, zmniejszając wrażliwość. Rozwój hamowania powoduje zwiększone pobudzenie innych ognisk, co przyczynia się do zwiększonej wrażliwości w nowych warunkach.

Intensywność doznań zależy nie tylko od siły bodźca i poziomu adaptacji receptora, ale także od bodźców aktualnie oddziałujących na inne narządy zmysłów. Zmiana czułości analizatora pod wpływem podrażnienia innych zmysłów nazywana jest interakcją wrażeń.

W literaturze opisano liczne fakty dotyczące zmian wrażliwości spowodowanych interakcją wrażeń. Zatem czułość analizatora wizualnego zmienia się pod wpływem stymulacji słuchowej.

Słabe bodźce dźwiękowe zwiększają czułość kolorów analizatora wizualnego. Jednocześnie następuje gwałtowne pogorszenie charakterystycznej wrażliwości oka, gdy na przykład głośny hałas silnika samolotu wykorzystuje się jako bodziec słuchowy.

Wrażliwość wzrokowa wzrasta także pod wpływem określonych bodźców węchowych. Jednak przy wyraźnej negatywnej konotacji emocjonalnej zapachu obserwuje się spadek wrażliwości wzrokowej. Podobnie przy słabych bodźcach świetlnych zwiększają się wrażenia słuchowe, a ekspozycja na intensywne bodźce świetlne pogarsza wrażliwość słuchową. Znane są fakty dotyczące zwiększonej wrażliwości wzrokowej, słuchowej, dotykowej i węchowej pod wpływem słabych bodźców bólowych.

Zmianę czułości dowolnego analizatora obserwuje się także przy podprogowej stymulacji innych analizatorów. Zatem P. P. Lazarev (1878-1942) uzyskał dowody na zmniejszenie wrażliwości wzrokowej pod wpływem naświetlania skóry promieniami ultrafioletowymi.

Zatem wszystkie nasze systemy analityczne mogą w większym lub mniejszym stopniu na siebie wpływać. W tym przypadku interakcja wrażeń, podobnie jak adaptacja, objawia się dwoma przeciwstawnymi procesami: wzrostem i spadkiem wrażliwości. Ogólny wzór jest taki, że słabe bodźce zwiększają, a silne zmniejszają czułość analizatorów podczas ich interakcji.

Interakcja doznań objawia się innym rodzajem zjawiska zwanego synestezją. Synestezja to wystąpienie pod wpływem pobudzenia jednego analizatora wrażenia charakterystycznego dla innego analizatora. Synestezję obserwuje się w przypadku wielu różnych wrażeń. Najbardziej powszechna jest synestezja wzrokowo-słuchowa, gdy osoba doświadcza obrazów wizualnych pod wpływem bodźców dźwiękowych. Te synestezje nie nakładają się na siebie u poszczególnych osób, jednak są one dość spójne u poszczególnych osób.

Zjawisko synestezji stało się podstawą powstania w ostatnich latach kolorowo-muzycznych urządzeń przetwarzających obrazy dźwiękowe na kolorowe. Mniej powszechne są przypadki wrażeń słuchowych powstających pod wpływem bodźców wzrokowych, wrażeń smakowych w odpowiedzi na bodźce słuchowe itp. Nie wszyscy ludzie mają synestezję, chociaż jest ona dość powszechna. Zjawisko synestezji jest kolejnym dowodem na ciągłe wzajemne powiązanie systemów analitycznych ludzkiego ciała, integralność zmysłowego odbicia obiektywnego świata.

Zwiększona czułość w wyniku interakcji analizatorów i ćwiczeń nazywa się uczuleniem.

Fizjologicznym mechanizmem interakcji wrażeń są procesy napromieniowania i koncentracji wzbudzenia w korze mózgowej, gdzie reprezentowane są środkowe sekcje analizatorów. Według I.P. Pawłowa słaby bodziec powoduje proces wzbudzenia w korze mózgowej, która łatwo napromieniowuje (rozprzestrzenia się). W wyniku naświetlania procesu wzbudzenia wzrasta czułość drugiego analizatora. Pod wpływem silnego bodźca następuje proces pobudzenia, który wręcz przeciwnie, ma tendencję do koncentracji. Zgodnie z prawem wzajemnej indukcji prowadzi to do hamowania w środkowych sekcjach innych analizatorów i zmniejszenia czułości tego ostatniego.

Różne narządy zmysłów, które przekazują nam informacje o stanie otaczającego nas świata zewnętrznego, mogą być wrażliwe na wyświetlane zjawiska z większą lub mniejszą dokładnością.

Wrażliwość naszych narządów zmysłów może zmieniać się w bardzo szerokich granicach. Wyróżnia się dwie główne formy zmienności wrażliwości, z których jedna zależy od warunków środowiskowych i nazywa się adaptacją, a druga od warunków stanu organizmu i nazywa się uczuleniem.

Dostosowanie– dostosowanie analizatora do bodźca. Wiadomo, że w ciemności nasz wzrok staje się ostrzejszy, a przy mocnym świetle jego czułość maleje. Można to zaobserwować podczas przejścia z ciemności do światła: oko zaczyna odczuwać ból, osoba chwilowo „oślepia”.

Najważniejszym czynnikiem wpływającym na poziom czułości jest wzajemne oddziaływanie analizatorów. Uczulenie– jest to wzrost czułości w wyniku interakcji analizatorów i ćwiczeń. Zjawisko to należy wykorzystać podczas prowadzenia samochodu. Zatem słabe działanie bocznych substancji drażniących (na przykład wycieranie twarzy, dłoni, tyłu głowy zimną wodą lub powolne żucie słodko-kwaśnej tabletki, na przykład kwasu askorbinowego) zwiększa czułość widzenia w nocy, co jest bardzo ważne podczas jazdy samochodem w ciemności.

Różne analizatory mają różne zdolności adaptacyjne. Praktycznie nie ma ludzkiej adaptacji do odczuwania bólu, co ma ważne znaczenie biologiczne, ponieważ odczuwanie bólu jest sygnałem problemów w organizmie.

Adaptacja narządów słuchowych następuje znacznie szybciej. Ludzki słuch dostosowuje się do otoczenia w ciągu 15 sekund. Szybko następuje także zmiana wrażliwości zmysłu dotyku (delikatny dotyk skóry przestaje być odczuwalny już po kilku sekundach).

Wiadomo, że warunki pracy związane z ciągłą readaptacją analizatorów powodują szybkie zmęczenie. Na przykład jazda samochodem w ciemności po autostradzie ze zmiennym oświetleniem drogi.

Czynniki takie jak hałas i wibracje mają bardziej znaczący i stały wpływ na zmysły podczas prowadzenia samochodu.

Stały hałas (a hałas powstający podczas jazdy samochodem jest zwykle stały) ma negatywny wpływ na narządy słuchu. Ponadto pod wpływem hałasu wydłuża się okres utajony reakcji motorycznej, zmniejsza się percepcja wzrokowa, słabnie widzenie o zmierzchu, zaburzona jest koordynacja ruchów i funkcje aparatu przedsionkowego, pojawia się przedwczesne zmęczenie.

Zmiany wrażliwości zmysłów zmieniają się także wraz z wiekiem człowieka. Po 35. roku życia ostrość wzroku i jej adaptacja na ogół ulegają pogorszeniu, a słuch ulega pogorszeniu. I choć wielu kierowców przypisuje to słabemu oświetleniu i słabym reflektorom, bezspornym faktem pozostaje, że ich oczy nie widzą równie dobrze. Z wiekiem nie tylko gorzej widzą, ale także łatwiej ulegają oślepieniu, a ich pole widzenia częściej się zawęża.

Rozważmy teraz wpływ alkoholu i innych środków psychoaktywnych i leczniczych na aktywność umysłową człowieka.

Podczas przyjmowania leków nasennych, uspokajających, przeciwdepresyjnych, przeciwdrgawkowych (fenobarbital) i przeciwalergicznych (pipolfen, tavegil, suprastin) występuje senność, zawroty głowy, zmniejszenie uwagi i czasu reakcji. Nieszkodliwe leki na kaszel lub ból głowy mogą działać depresyjnie na centralny układ nerwowy, zmniejszając koncentrację i spowalniając szybkość reakcji. Przede wszystkim są to leki zawierające kodeinę (tramadol, tramalt, opóźniacz, pentalgin, spasmoveralgin, sedalgin).

Dlatego przed wejściem za kierownicę należy dokładnie zapoznać się z instrukcją leku, który kierowca zamierza przyjąć.

Rozważmy teraz wpływ alkoholu na prowadzenie pojazdu. Choć przepisy ruchu drogowego zabraniają prowadzenia pojazdu w stanie nietrzeźwości, w naszym kraju niestety istnieją silne tradycje powątpiewania w prawidłowość działań i/lub wyników badania na nietrzeźwość. Wierząc, że „jestem normalny”, kierowca wsiada za kierownicę po pijanemu, narażając innych i siebie na niebezpieczeństwo.

Badania wykazały zatem znaczne dysfunkcje układu nerwowego nawet po spożyciu dość małych dawek alkoholu. Obiektywnie stwierdzono zauważalne osłabienie funkcji wszystkich narządów zmysłów pod wpływem bardzo małych dawek alkoholu, w tym piwa.

Pod wpływem średniej dawki, czyli od jednej do półtora szklanki wódki, motoryka najpierw przyspiesza, a potem zwalnia. Kolejnym uczuciem, które osoba pijana łatwo traci, jest uczucie strachu.

Ponadto należy pamiętać, że gdy temperatura spadnie o 5°, szkodliwe działanie alkoholu wzrasta prawie dziesięciokrotnie! Ale ludzie są pewni, że alkohol ma działanie rozgrzewające i wierzą, że na zmarzniętą osobę najlepszym lekarstwem jest łyk czegoś mocnego.

Zatem na naszą zdolność widzenia, słyszenia i odczuwania wpływa wiele znanych nam rzeczy: światło i ciemność, leki, alkohol. Prowadząc samochód, należy wziąć to pod uwagę, aby uniknąć niebezpiecznych sytuacji i wypadków.

Boba Nelsona

Analizatory widma są najczęściej używane do pomiaru sygnałów o bardzo niskim poziomie. Mogą to być znane sygnały, które należy zmierzyć, lub nieznane sygnały, które należy wykryć. W każdym razie, aby usprawnić ten proces, należy znać techniki zwiększania czułości analizatora widma. W tym artykule omówimy optymalne ustawienia pomiaru sygnałów niskiego poziomu. Dodatkowo omówimy zastosowanie korekcji szumu i funkcji redukcji szumu analizatora w celu maksymalizacji czułości instrumentu.

Średni poziom hałasu własnego i współczynnik szumu

Czułość analizatora widma można określić na podstawie jego specyfikacji technicznych. Parametrem tym może być średni poziom hałasu ( DANL) lub współczynnik szumu ( NF). Średni poziom szumów reprezentuje amplitudę poziomu szumów analizatora widma w danym zakresie częstotliwości przy obciążeniu wejściowym 50 omów i tłumieniu wejściowym 0 dB. Zwykle parametr ten wyraża się w dBm/Hz. W większości przypadków uśrednianie przeprowadza się w skali logarytmicznej. Powoduje to redukcję wyświetlanego średniego poziomu hałasu o 2,51 dB. Jak dowiemy się z poniższej dyskusji, to właśnie redukcja poziomu szumów odróżnia średni poziom szumów od współczynnika szumów. Na przykład, jeśli specyfikacje techniczne analizatora wskazują średni poziom szumów własnych wynoszący 151 dBm/Hz przy szerokości pasma filtra IF ( RBW) 1 Hz, wówczas za pomocą ustawień analizatora można zredukować poziom szumów własnych urządzenia przynajmniej do tej wartości. Nawiasem mówiąc, sygnał niemodulowany (CW) mający tę samą amplitudę co szum analizatora widma zostanie zmierzony o 2,1 dB powyżej poziomu szumu w wyniku sumowania dwóch sygnałów. Podobnie obserwowana amplituda sygnałów szumopodobnych będzie o 3 dB wyższa od poziomu szumów.

Szum własny analizatora składa się z dwóch składników. Pierwszy z nich jest określony przez współczynnik szumu ( NF ac), a drugi reprezentuje szum termiczny. Amplituda szumu termicznego jest opisana równaniem:

NF = kTB,

Gdzie k= 1,38×10–23 J/K – stała Boltzmanna; T- temperatura (K); B- pasmo (Hz), w którym mierzony jest hałas.

Wzór ten określa energię szumu cieplnego na wejściu analizatora widma z zainstalowanym obciążeniem 50 omów. W większości przypadków szerokość pasma zmniejsza się do 1 Hz, a w temperaturze pokojowej szum termiczny oblicza się na 10log( kTB)= –174 dBm/Hz.

W rezultacie średni poziom szumu w paśmie 1 Hz opisuje równanie:

DANL = –174+NF ac= 2,51 dB. (1)

Oprócz,

NF ac = DANL+174+2,51. (2)

Notatka. Jeśli dla parametru DANL Jeśli stosuje się średnią kwadratową mocy, wówczas składnik 2,51 można pominąć.

Zatem wartość średniego poziomu szumów własnych –151 dBm/Hz jest równoważna tej wartości NF ac= 25,5 dB.

Ustawienia wpływające na czułość analizatora widma

Wzmocnienie analizatora widma jest równe jedności. Oznacza to, że ekran jest skalibrowany do portu wejściowego analizatora. Zatem, jeśli na wejście zostanie podany sygnał o poziomie 0 dBm, zmierzony sygnał będzie równy 0 dBm plus/minus błąd przyrządu. Należy to wziąć pod uwagę w przypadku stosowania tłumika lub wzmacniacza wejściowego w analizatorze widma. Włączenie tłumika wejściowego powoduje, że analizator zwiększa wzmocnienie zastępcze stopnia IF w celu utrzymania skalibrowanego poziomu na ekranie. To z kolei zwiększa poziom szumu o tę samą wartość, utrzymując w ten sposób ten sam stosunek sygnału do szumu. Dotyczy to również tłumika zewnętrznego. Dodatkowo należy dokonać konwersji na szerokość pasma filtra IF ( RBW), większą niż 1 Hz, dodając termin 10log( RBW/1). Te dwa terminy pozwalają określić poziom szumów analizatora widma przy różnych wartościach tłumienia i szerokości pasma rozdzielczości.

Poziom hałasu = DANL+ tłumienie + 10log( RBW). (3)

Dodanie przedwzmacniacza

Aby zmniejszyć poziom szumów analizatora widma, można zastosować wewnętrzny lub zewnętrzny przedwzmacniacz. Zazwyczaj specyfikacje podają drugą wartość średniego poziomu szumów w oparciu o wbudowany przedwzmacniacz i można zastosować wszystkie powyższe równania. W przypadku korzystania z zewnętrznego przedwzmacniacza nową wartość średniego poziomu szumów można obliczyć, kaskadując równania współczynnika szumu i ustawiając wzmocnienie analizatora widma na jedność. Jeśli weźmiemy pod uwagę układ składający się z analizatora widma i wzmacniacza, otrzymamy równanie:

systemu NF = Preus NF+(NF ac–1)/G preus. (4)

Używanie wartości NF ac= 25,5 dB z poprzedniego przykładu, wzmocnienie przedwzmacniacza 20 dB i współczynnik szumów 5 dB, możemy określić ogólny współczynnik szumów systemu. Ale najpierw musisz przekonwertować wartości na stosunek mocy i przyjąć logarytm wyniku:

systemu NF= 10log(3,16+355/100) = 8,27 dB. (5)

Równanie (1) może być teraz użyte do określenia nowego średniego poziomu szumów w przypadku zewnętrznego przedwzmacniacza poprzez prostą wymianę NF ac NA systemu NF, obliczone w równaniu (5). W naszym przykładzie przedwzmacniacz znacznie się zmniejsza DANL od –151 do –168 dBm/Hz. Nie jest to jednak możliwe za darmo. Przedwzmacniacze zazwyczaj charakteryzują się dużą nieliniowością i niskimi punktami kompresji, co ogranicza możliwość pomiaru sygnałów o wysokim poziomie. W takich przypadkach bardziej przydatny jest wbudowany przedwzmacniacz, ponieważ można go włączać i wyłączać w zależności od potrzeb. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku zautomatyzowanych systemów oprzyrządowania.

Do tej pory omówiliśmy, jak szerokość pasma filtra IF, tłumik i przedwzmacniacz wpływają na czułość analizatora widma. Większość nowoczesnych analizatorów widma zapewnia metody pomiaru własnego szumu i korygowania wyników pomiarów na podstawie uzyskanych danych. Metody te są stosowane od wielu lat.

Korekta hałasu

Podczas pomiaru charakterystyki określonego testowanego urządzenia (DUT) za pomocą analizatora widma, obserwowane widmo składa się z sumy kTB, NF ac i sygnał wejściowy TU. Jeśli wyłączysz testowane urządzenie i podłączysz obciążenie 50 omów do wejścia analizatora, widmo będzie sumą kTB I NF ac. Ten ślad jest szumem własnym analizatora. Ogólnie rzecz biorąc, korekcja szumu polega na pomiarze szumu własnego analizatora widma przy użyciu dużej średniej i zapisaniu tej wartości jako „śladu korekcji”. Następnie podłączasz testowane urządzenie do analizatora widma, mierzysz widmo i rejestrujesz wyniki w „śladzie pomiarowym”. Korektę przeprowadza się poprzez odjęcie „śladu korekty” od „śladu zmierzonego” i wyświetlenie wyników jako „ślad wynikowy”. Ten ślad reprezentuje „sygnał TU” bez dodatkowego szumu:

Wynikowy ślad = ślad zmierzony – ślad korekcji = [sygnał TC + kTB + NF ac]–[kTB + NF ac] = sygnał TU. (6)

Notatka. Wszystkie wartości przed odjęciem zostały przeliczone z dBm na mW. Wynikowy ślad jest prezentowany w dBm.

Procedura ta poprawia wyświetlanie sygnałów o niskim poziomie i pozwala na dokładniejsze pomiary amplitudy poprzez eliminację niepewności związanej z nieodłącznym szumem analizatora widma.

Na ryc. Rysunek 1 przedstawia stosunkowo prostą metodę korekcji szumu poprzez zastosowanie matematycznego przetwarzania śladu. Najpierw uśrednia się poziom szumów analizatora widma z obciążeniem na wejściu, wynik zapisuje się w ścieżce 1. Następnie podłącza się urządzenie testowane, przechwytuje sygnał wejściowy, a wynik zapisuje w ścieżce 2. Teraz możesz użyj przetwarzania matematycznego - odejmij dwa przebiegi i zapisz wyniki w zapisie 3. Jak widzisz, korekcja szumu jest szczególnie skuteczna, gdy sygnał wejściowy jest blisko poziomu szumów analizatora widma. Sygnały o wysokim poziomie zawierają znacznie mniejszą część szumu, a korekcja nie daje zauważalnego efektu.

Główną wadą tego podejścia jest to, że za każdym razem, gdy zmieniasz ustawienia, musisz odłączyć testowane urządzenie i podłączyć obciążenie 50 omów. Metodą uzyskania „śladu korekcji” bez wyłączania testowanego urządzenia jest zwiększenie tłumienia sygnału wejściowego (na przykład o 70 dB), tak aby szum analizatora widma znacznie przewyższał sygnał wejściowy, i zapisanie wyników w „ ślad korekcyjny”. W tym przypadku „drogę korekty” wyznacza równanie:

Droga korekcyjna = sygnał TU + kTB + NF ac+ tłumik. (7)

kTB + NF ac+ tłumik >> sygnał TU,

możemy pominąć określenie „sygnał TR” i stwierdzić, że:

Trasa korekty = kTB + NF ac+ tłumik. (8)

Odejmując znaną wartość tłumienia tłumika od wzoru (8) otrzymujemy oryginalny „ślad korekcji” zastosowany w metodzie ręcznej:

Trasa korekty = kTB + NF ac. (9)

W tym przypadku problem polega na tym, że „ślad korekcji” obowiązuje tylko dla bieżących ustawień przyrządu. Zmiana ustawień, takich jak częstotliwość środkowa, zakres lub szerokość pasma filtra IF, powoduje, że wartości zapisane w „śladzie korekcji” są nieprawidłowe. Najlepszym podejściem jest poznanie wartości NF ac we wszystkich punktach widma częstotliwości i zastosowanie „ścieżki korekcji” dla dowolnych ustawień.

Redukcja hałasu własnego

Analizator sygnału Agilent N9030A PXA (rysunek 2) posiada unikalną funkcję emisji hałasu (NFE). Wartość szumu analizatora sygnału PXA w całym zakresie częstotliwości instrumentu jest mierzona podczas produkcji i kalibracji instrumentu. Dane te są następnie zapisywane w pamięci urządzenia. Gdy użytkownik włączy NFE, miernik oblicza „ślad korekcji” dla bieżących ustawień i zapisuje wartości współczynnika szumu. Eliminuje to potrzebę pomiaru poziomu szumów PXA, jak miało to miejsce w procedurze ręcznej, znacznie upraszczając korekcję szumu i oszczędzając czas spędzony na pomiarze szumu instrumentu podczas zmiany ustawień.

W każdej z opisanych metod szum termiczny odejmuje się od „śladu zmierzonego” kTB I NF ac, co pozwala uzyskać wyniki poniżej wartości kTB. Wyniki te mogą być wiarygodne w wielu przypadkach, ale nie we wszystkich. Pewność może zostać zmniejszona, gdy zmierzone wartości są bardzo zbliżone lub równe szumowi wewnętrznemu przyrządu. W rzeczywistości wynikiem będzie nieskończona wartość dB. Praktyczne wdrożenie korekcji szumu zazwyczaj obejmuje wprowadzenie progu lub stopniowanego poziomu odejmowania w pobliżu poziomu szumów instrumentu.

Wniosek

Przyjrzeliśmy się niektórym technikom pomiaru sygnałów niskiego poziomu za pomocą analizatora widma. Jednocześnie odkryliśmy, że na czułość urządzenia pomiarowego wpływa szerokość pasma filtra IF, tłumienie tłumika oraz obecność przedwzmacniacza. Aby jeszcze bardziej zwiększyć czułość urządzenia, można zastosować metody takie jak matematyczna korekcja szumu i funkcja redukcji szumów. W praktyce znaczny wzrost czułości można osiągnąć eliminując straty w obwodach zewnętrznych.