Orbis pictus21. století

Tato prezentace byla vytvořenav rámci projektu

Ostatní Ostatní měřící generátory II.měřící generátory II.

OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-3-022OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-3-022

Generátory náhodných a Generátory náhodných a pseudonáhodných napětpseudonáhodných napětíí

Napětí náhodného průběhu v čase bývá označováno za Napětí náhodného průběhu v čase bývá označováno za šumovéšumové. Proto také měřicí generátory náhodného popř. i . Proto také měřicí generátory náhodného popř. i pseudonáhodného napětí nesou často stejné označení. pseudonáhodného napětí nesou často stejné označení.

Od těchto generátorů se požaduje, aby poskytovaly napětí se Od těchto generátorů se požaduje, aby poskytovaly napětí se spektrální hustotou konstantní v kmitočtovém rozsahu, pro spektrální hustotou konstantní v kmitočtovém rozsahu, pro který jsou určeny (tzv. bílý šum). který jsou určeny (tzv. bílý šum).

V měřicí technice se používá šumové napětí s rozdělením V měřicí technice se používá šumové napětí s rozdělením přibližně normálním (Gaussovým) nebo alternativním (tzv. přibližně normálním (Gaussovým) nebo alternativním (tzv. binární).binární).

Generátory normálního šumuGenerátory normálního šumu Generátory náhodného napětí s konstantní spektrální hustotou Generátory náhodného napětí s konstantní spektrální hustotou

a s přibližně normálním rozdělením s nulovou střední a s přibližně normálním rozdělením s nulovou střední hodnotou a konstantním rozptylem jsou několikerého druhu. hodnotou a konstantním rozptylem jsou několikerého druhu.

V úvahu může přicházet V úvahu může přicházet tepelný šumový generátor tepelný šumový generátor dodávající šum tepelného původu, jehož zdrojem je rezistor dodávající šum tepelného původu, jehož zdrojem je rezistor nebo vodič. nebo vodič.

Pro vyšší kmitočty se dá použít Pro vyšší kmitočty se dá použít diodový šumový generátor diodový šumový generátor (obr. 1). Vlastním zdrojem šumu je v něm šumová dioda. Je to (obr. 1). Vlastním zdrojem šumu je v něm šumová dioda. Je to speciální vakuová dioda pracující v oblasti nasycení, ve které speciální vakuová dioda pracující v oblasti nasycení, ve které je šum vyvolán výstřelovým jevem.je šum vyvolán výstřelovým jevem.

Generátory normálního šumuGenerátory normálního šumu

Obr.1 Schéma zapojení diodového šumového generátoru

Generátory normálního šumuGenerátory normálního šumu Pro velmi vysoké kmitočty je možné použít Pro velmi vysoké kmitočty je možné použít výbojkový výbojkový

šumový generátoršumový generátor. .

Zdrojem šumu je speciální nízkotlaká výbojka zamontovaná Zdrojem šumu je speciální nízkotlaká výbojka zamontovaná do vedení pro příslušnou kmitočtovou oblast, např. do do vedení pro příslušnou kmitočtovou oblast, např. do vlnovodu (obr.2). vlnovodu (obr.2).

Velikost šumu vydávaného výbojem ve výbojce závisí hlavně Velikost šumu vydávaného výbojem ve výbojce závisí hlavně na náplni výbojky, kterou bývá často argon. na náplni výbojky, kterou bývá často argon.

Kmitočtový rozsah je dán konstrukčním provedením.Kmitočtový rozsah je dán konstrukčním provedením.

Generátory normálního šumuGenerátory normálního šumu

Obr. 2 Výbojkový šumový generátor

Generátory normálního šumuGenerátory normálního šumu Dosud připomenuté šumové generátory jsou použitelné jen na Dosud připomenuté šumové generátory jsou použitelné jen na

vyšších kmitočtech. vyšších kmitočtech.

Generátor šumu pro nižší kmitočty Generátor šumu pro nižší kmitočty bývá založen na bývá založen na transpozici kmitočtů (obr. 3). transpozici kmitočtů (obr. 3).

Vysokofrekvenční šum se spektrální hustotou konstantní Vysokofrekvenční šum se spektrální hustotou konstantní kolem určitého kmitočtu se směšuje s harmonickým signálem kolem určitého kmitočtu se směšuje s harmonickým signálem téhož kmitočtu a pomocí dolní propusttéhož kmitočtu a pomocí dolní propusti i se z produktů se z produktů směšování ponechají jen složky o rozdílových kmitočtech. směšování ponechají jen složky o rozdílových kmitočtech.

Tak se získá šum se spektrální hustotou konstantní v oblasti Tak se získá šum se spektrální hustotou konstantní v oblasti velmi nízkých a nízkých, popř. i obrazových kmitočtů.velmi nízkých a nízkých, popř. i obrazových kmitočtů.

Generátory normálního šumuGenerátory normálního šumu

Obr. 3 Blokové schéma šumového generátoru pro nižší kmitočty

Generátory normálního šumuGenerátory normálního šumu

Šum poskytovaný uvedenými šumovými generátory má Šum poskytovaný uvedenými šumovými generátory má rozdělení přibližně normální a spektrální hustotu konstantní v rozdělení přibližně normální a spektrální hustotu konstantní v poměrně širokém pásmu kmitočtů. poměrně širokém pásmu kmitočtů.

Pokud by se z těchto vlastností slevilo, dal by se šumový Pokud by se z těchto vlastností slevilo, dal by se šumový generátor vytvořit i jednodušším způsobem.generátor vytvořit i jednodušším způsobem.

Generátory binárního šumuGenerátory binárního šumu

Názvem binární (dvouhodnotové) napětí se rozumí napětí s Názvem binární (dvouhodnotové) napětí se rozumí napětí s alternativním rozdělením, tj. napětí, které může nabývat jen alternativním rozdělením, tj. napětí, které může nabývat jen dvou hodnot. dvou hodnot.

U náhodného binárního napětí dochází k přechodu z jedné U náhodného binárního napětí dochází k přechodu z jedné hodnoty na druhou náhodně a obě hodnoty mají stejnou hodnoty na druhou náhodně a obě hodnoty mají stejnou pravděpodobnost výskytu. pravděpodobnost výskytu.

Generátory binárního šumuGenerátory binárního šumu

Náhodné binární napětí může být:Náhodné binární napětí může být:

asynchronní asynchronní (přechody nezávisejí na jiném napětí), (přechody nezávisejí na jiném napětí),

synchronní synchronní (k přechodům může docházet jen v okamžicích (k přechodům může docházet jen v okamžicích určených periodickými taktovacími impulsy určených periodickými taktovacími impulsy - - hodinovými hodinovými impulsy).impulsy).

Generátory binárního šumuGenerátory binárního šumu

Binární šum se dá vytvářet různým způsobem. Binární šum se dá vytvářet různým způsobem.

Tak např. Tak např. generátor náhodného binárního šumu generátor náhodného binárního šumu může být může být založen na odvození asynchronního náhodného binárního založen na odvození asynchronního náhodného binárního napětí pomocí analogového komparátoru z náhodného napětí s napětí pomocí analogového komparátoru z náhodného napětí s přibližně normálním rozdělením při jeho průchodech nulou. přibližně normálním rozdělením při jeho průchodech nulou.

Asynchronní náhodné binární napětí se na synchronní převede Asynchronní náhodné binární napětí se na synchronní převede pomocí klopného obvodu taktovaného hodinovými impulsy.pomocí klopného obvodu taktovaného hodinovými impulsy.

Generátory binárního šumuGenerátory binárního šumu

Obr. 4 Princip zapojení generátoru pseudonáhodného binárního šumu

Generátory binárního šumuGenerátory binárního šumu

Ryze náhodný binární šum je možné nahradit binárním šumem Ryze náhodný binární šum je možné nahradit binárním šumem pseudonáhodným, který má obdobné vlastnosti, avšak vytváří pseudonáhodným, který má obdobné vlastnosti, avšak vytváří se snadno deterministicky. se snadno deterministicky.

GenerátorGenerátor pseudonáhodného binárního šumu pseudonáhodného binárního šumu obsahuje obsahuje posuvný registr s tzv. lineární zpětnou vazbou taktovaný posuvný registr s tzv. lineární zpětnou vazbou taktovaný hodinovými impulsy (obr.4). hodinovými impulsy (obr.4).

Lineární zpětnou vazbou se zde rozumí odvození vstupního Lineární zpětnou vazbou se zde rozumí odvození vstupního napětí posuvného registru pomocí logického obvodu součtu napětí posuvného registru pomocí logického obvodu součtu mod 2 z výstupního napětí posledního klopného obvodu a mod 2 z výstupního napětí posledního klopného obvodu a nejméně jednoho jiného klopného obvodu tohoto registru. nejméně jednoho jiného klopného obvodu tohoto registru.

Generátory binárního šumuGenerátory binárního šumu Výstupy z posuvného registru pro zpětnou vazbu se musí Výstupy z posuvného registru pro zpětnou vazbu se musí

vybrat tak, aby se dosáhlo toho, že registr bude procházet vybrat tak, aby se dosáhlo toho, že registr bude procházet všemi rozdílnými stavy s výjimkou samých nul; perioda všemi rozdílnými stavy s výjimkou samých nul; perioda výstupního napětí pak má maximální možnou délku. výstupního napětí pak má maximální možnou délku.

Ve skutečných generátorech se však používá posuvný registr Ve skutečných generátorech se však používá posuvný registr větší délky (nejméně desetibitový), aby perioda výstupního větší délky (nejméně desetibitový), aby perioda výstupního napětí nebyla kratší než doba aplikace. napětí nebyla kratší než doba aplikace.

Pseudonáhodný šum má vlastnosti blížící se vlastnostem Pseudonáhodný šum má vlastnosti blížící se vlastnostem náhodného šumu.náhodného šumu.

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Ing. Ladislav JančaříkIng. Ladislav Jančařík

LiteraturaLiteratura

E. Vitejček a V. Hos: Elektrické měření, SNTL Praha 1979E. Vitejček a V. Hos: Elektrické měření, SNTL Praha 1979

V. Fajt a kol.: Elektrická měření, SNTL Praha 1987V. Fajt a kol.: Elektrická měření, SNTL Praha 1987

L. Bejček a kol.: Měření v elektrotechnice, FEKT VUT Brno L. Bejček a kol.: Měření v elektrotechnice, FEKT VUT Brno 20032003