Схема на работа на анализатора. Зрителна сензорна система, нейната морфо-функционална организация. Цифров спектрален анализатор: блокова схема, принцип на действие

Блоковата схема на анализатор от последователен тип е показана на фиг. 2.23.

Ориз. 2.23. Блокова схема на анализатор от сериен тип

Входен сигнал U впристига на входното устройство 1 анализатор, където се усилва от усилвател или отслабва от атенюатор до желаната стойност и се подава към смесител 2 . Миксерът умножава входния сигнал и сигнала на локалния осцилатор 6 , чиято честота варира линейно с помощта на модулатор 7 . На изхода на смесителя е монтиран резонатор 3 , който изолира сигналите на сумата или разликата в честотата на локалния осцилатор и входния сигнал.

На фиг. Фигура 2.24 показва блокова схема на анализатора, която се различава от блоковата схема, показана на фиг. 2.23, чрез наличието на честотен детектор, който преобразува честотата на локалния осцилатор в постоянно напрежение.

Ориз. 2.24. Блокова схема на анализатор с честотен детектор:

1 – входно устройство, 2 – смесител, 3 – резонатор, 4 – детектор,

5 – широколентов усилвател, 6 – локален осцилатор, 7 – модулатор, 8 – усилвател на хоризонтално отклонение, 9 – индикатор, 10 – честотен детектор

Това дава възможност да се намалят изискванията към локалния осцилатор по отношение на честотната стабилност и линейността на модулационната характеристика. В тази схема точността на отчитане на честотата се определя от стабилността на коефициента на предаване на честотния детектор и линейността на неговите характеристики в честотния диапазон на регулируемия локален осцилатор.

Анализаторите използват двойно честотно преобразуване, за да намалят смущенията по огледалния канал. Тази интерференция може да възникне, защото резонаторът няма да може да разграничи двата сигнала при условие

В схемата на анализатора с двойно преобразуване на честотата (фиг. 2.25) сигналът след входното устройство отива към миксера 11 . Освен това се захранва с напрежение от ръчно регулируем локален осцилатор 12 . Между смесителите 1 И 2 включен усилвател на междинна честота 11 .

Ориз. 2.25. Блокова схема на анализатор с два локални осцилатора:

1 – входно устройство; 2 – втори смесител; 3 – резонатор; 4 – детектор; 5 – широколентов усилвател; 6 – втори локален осцилатор; 7 – модулатор; 8 – усилвател на хоризонтално отклонение; 9 – индикатор; 10 – първи смесител; 11 – усилвател на междинна честота; 12 – първи локален осцилатор

За да се потиснат смущенията по огледалния канал, междинната честота се избира по-голяма от горната честота на спектъра на сигнала. Използването на два локални осцилатора ви позволява да калибрирате екрана на осцилоскопа по честота, тъй като когато честотата на първия локален осцилатор се промени, маркировките на скалата не се променят. Когато използвате единичен локален осцилатор, промяната на неговия честотен диапазон води до промяна в честотното мащабиране. Спектралните анализатори използват пикови или средноквадратични детектори, а понякога и последователно свързване на средноквадратични и пикови детектори. За да се повиши точността на анализаторите, вместо катодно-лъчева тръба се използват записващи инструменти. За да се получат стойности на амплитудата на спектъра в логаритмична скала (в dB), линейно-логаритмичен преобразувател е свързан пред записващото устройство.

Блоковата схема на спектрален анализатор от паралелен тип е показана на фиг. 2.26.

Ориз. 2.26. Блокова схема на анализатор от паралелен тип

Изследваният сигнал след входното устройство 1 пристига при Презонатори 2i,…,2n. Напрежение от резонаторите след преминаване през детектора 3 записан със записващо устройство 4 . В автоматичната версия на паралелния анализатор вместо превключвател е инсталиран комутатор. Едновременно с превключването на каналите сканирането на записващото устройство се променя. В допълнение към разглежданите последователни и паралелни спектрални анализатори има комбинирани, една от възможните схеми на които е показана на фиг. 2.27.

Ориз. 2.27. Блокова схема на автоматичен анализатор от паралелен тип

В тази схема анализираният сигнал след входното устройство 1 отива към миксера 2 . Смесено с напрежение на локалния осцилатор 7 сигналът с междинна честота също се анализира от резонатори 3i,…,3n. Изходното напрежение от резонаторите преминава през превключвателя 4 и детектор 5 към записващото устройство 6 . Устройството за разгръщане на последното е синхронизирано с работата на превключвателя и модулатора 8 , който променя честотата на локалния осцилатор по определен закон. Комбинираните анализатори ви позволяват да използвате скоростта на паралела и простотата на веригата на серийните анализатори.

Нека разгледаме блоковата схема на анализатор без резонатори (фиг. 2.28), който реализира израз (2.26). Изследваният сигнал след входното устройство 7 , отива към два множителя 3 , като в единия се умножава по sinωt, а в другия по cosωt. Синус-косинусови напрежения се генерират от генератор 2 . От изхода на умножителите на напрежение те се подават към интеграторите 4 , на изхода на който след време t получаваме напрежения, пропорционални на синусовата и косинусовата компоненти на спектъра.

Ориз. 2.28. Блокова схема на анализатор без резонатори

, (2.43)

. (2.44)

Ако всички устройства във веригата са идеални, имаме идеален анализатор с безкрайна разделителна способност (при t И → ∞) Да приемем, че интеграторът е заменен от RC филтър с времеконстанта τ = RC. Коефициент на предаване на филтъра

. (2.46)

Нека входният сигнал

, (2.47)

тогава напрежението на изхода на умножителите

Ако вземем ω ≈ ω r, тогава на изхода на RC филтъра напрежението на общата честота (ω + ω r) ще бъде значително по-малко от напрежението на разликата в честотата. Следователно можем да напишем това

, (2.50)

. (2.51)

След повдигане на квадрат, сумиране и вземане на корен, получаваме

. (2.52)

Този израз е подобен на израза за прост колебателен кръг. Като такива генератори се използват LC генератори, RC генератори и генератори за релаксация. С генераторите на релаксация може да се получи добра линейност на модулационната характеристика.

Ориз. 2.29. Блокова схема на генератор на честотна лента

с обратна връзка

За да се получи синусоидална форма на вълната, на изхода им се поставя нискочестотен филтър.

В честотната характеристика тези генератори не са често срещани поради трудността да се получи широка честотна лента със синусоидално изходно напрежение. Нека разгледаме начини за подобряване на линейността на модулационната характеристика на честотната характеристика.

Друг начин е да използвате отрицателна обратна връзка. Като връзка за обратна връзка се използва честотен BH детектор. Тъй като характеристиките на тази схема се определят главно от връзката за обратна връзка, към честотния детектор се налагат строги изисквания: той трябва да има висока стабилност и добра линейност в диапазона на честотното колебание.

В допълнение към обсъжданите методи, за подобряване на линейността на модулационната характеристика се използва корекция на модулиращото напрежение с помощта на нелинейни елементи.

За да се получат честотни знаци на екрана на индикатора, се използва методът на нулев ритъм или методът на спиране на честотата. IFC диаграмата, конструирана с помощта на метода на нулев ритъм, е показана на фиг. 2.30.

Ориз. 2.30. Блокова схема на генератора на марки

Входните параметри на устройството включват: чувствителност; честотна лента; динамичен диапазон; входно съпротивление.

Грешката на амплитудната честотна характеристика се определя от неравномерността на изходното напрежение в лентата на колебание, неравномерността на честотната характеристика и нелинейността на детектора за вертикално отклонение и усилвателя и грешката при отчитане на амплитудата. Неравномерността на изходното напрежение се оценява с израза

, (2.53)

където U max и U min са максималните и минималните стойности на изходното напрежение в лентата на люлеене.

Неравномерността на естествената честотна характеристика на честотната характеристика в лентата на люлеене се определя от изображението на екрана на индикатора на изходното напрежение на устройството, измерено от неговия собствен детектор, и се изчислява по формулата

, (2.54)

където l max и l min са максималните и минималните отклонения на лъча в лентата на люлеене.

Грешката на честотната характеристика се определя от грешката на възела на маркировката и нелинейността на честотната скала, която може да се определи по формулата

, (2.55)

където Δ f max – максимално отклонение на честотата от линейния закон на нейното изменение; е Б – е Нвисоки и ниски суинг ленти.

Когато изучавате честотната лента на резонансни устройства, е удобно да имате три марки на екрана: централната съответства на резонансната честота, а двете външни маркират честотната лента на устройството. За да получите тези знаци, имате нужда от нискочестотен LFO генератор, който модулира амплитудата на калибриращия генератор. Методът за спиране на честотата е, че модулиращото напрежение няма зъб на трион, а форма на зъб на трион (фиг. 2.31).

Фиг.2.31. Линейно-стъпкова графика на напрежението

В даден момент 1 , спирайки промяната на честотата, на екрана ще се появи ярка точка и в този момент честотата се измерва. За постигане на висока точност се използва цифров честотомер. Чрез промяна на момента на спиране можете да измерите честотата на всяка точка от честотната характеристика.

Мнозина не са против да допълнят приятния звук с интересни визуални ефекти. За това е предназначена тази конзола, която е вид многолентов еквалайзер, който разделя спектъра на мелодията по честота и ги показва на индикатора под формата на скачащи ленти. Този спектрален анализатор е свързан с пет бутона, които могат да се използват за регулиране на яркостта на подсветката на дисплея, чувствителността и ефектите на промяна (рафтове, ивици, линии, овал или стълба). Освен това анализаторът запазва настройките в паметта и можете също да изберете честотата на преобразувателя с помощта на джъмпер.

Схема на спектрален анализатор

Регулирането на подсветката се основава на хардуерна ШИМ, на изхода на OC2. Архивът съдържа програми за дисплеи 16x2, 20x2, 24x2 и 20x4. По принцип фърмуерът може да се адаптира за почти всеки екран (с контролер HD44780), така че ако имате дисплей, който анализаторът не поддържа, не е трудно да преработите съществуващите.

1. Масата на сигнала достига точката „Agnd“ на платката, след което масите на анализатора и устройството не могат да бъдат свързани помежду си.
2. Анализаторът може да се допълва симетрично, +-2,5 V, “Agnd” ще стане заземен и може да бъде свързан към земята на устройството.
3. Ако масите на анализатора и устройството трябва да бъдат свързани и не е възможно анализаторът да се попълни симетрично, трябва да добавите DC компонент на сигнала, за да го повишите до нивото от 2,5 V. Свързваме масите и увеличаваме сигнал с R/R делител (резистори от порядъка на 100 kOhm), свързвайки го през силовата шина. Сигналът към делителя се подава през кондензатор (около 1 µF).

Как да конфигурирате анализатора за работа с компютър. Не забравяйте, че ако искате да го вградите в усилвател или друго устройство, вземете предвид факта, че там могат да се появят различни нива на сигнала. Ако имате възможност да подадете сигнал от генератор (от компютър чрез вход), това ще опрости настройката.

Свържете и стартирайте веригата, свържете изхода на звуковата карта на компютъра, заземете към Agnd. Масите на системата и компютъра не могат да бъдат свързани! Настройте функционалния генератор на синус, честота 400 Hz, усилване приблизително 80%.

Настройте левия потенциометър така, че да се отклони само един сегмент. Променете честотата на осцилатора на 10 kHz, настройте десния потенциометър по същия начин.

За точно калибриране ще ви трябват две програми - „генератор“ и „осцилоскоп“. Уверете се, че сигналът не е изкривен. Елементите, използвани за сглобяване на входния филтър, трябва да бъдат идентични с тези на диаграмата, това се отнася преди всичко за кондензаторите. На следващите фигури има изкривен сигнал отгоре и чист под него, което трябва да се постигне.

Видео за работа

Хармоничният анализатор е силно селективно устройство, което може да измерва амплитудата и честотата на един хармоничен компонент в присъствието на всички останали.

Ориз. 10.2.

Въз основа на схемотехниката си хармоничните анализатори се разделят на анализатори със селективни вериги и хетеродинни (фиг. 10.2, фиг. 10.2). В нискочестотния диапазон се правят селективни вериги под формата на теснолентови филтри; във високочестотния диапазон се използват осцилаторни вериги; в микровълните се използват резонатори с кухини.

При паралелен анализ, изследваният сигнал след входното устройство се подава едновременно към n канала, състоящи се от теснолентови филтри, настроени на основната честота и нейните хармоници (фиг. 10.3, фиг. 10.3). Напреженията на съответните хармонични компоненти, след квадратично детектиране, чрез превключващото устройство влизат в индикатора, който записва абсолютните или относителните стойности на хармоничното напрежение. Ако броят на каналите е малък (например 3 или 5), превключвател не е необходим, може да се използва необходимия брой индикатори.

Хармоничните анализатори се използват главно за изследване на хармоничните компоненти на нискочестотни несинусоидални сигнали.

Спектрални анализатори

Спектърният анализатор е панорамно устройство, с което можете да наблюдавате спектъра на сигнала, който се изследва на екрана на електронно-лъчева тръба. Най-често структурна схемаспектърът е показан на фиг. 10.4 Фиг. 10.4. Изследваният периодичен сигнал със сложна форма се подава чрез входно устройство към миксер, към който се подава напрежението на генератор на плъзгаща се честота. Линейна промяна на честотата с течение на времето се получава чрез промяна на напрежението на генератора за почистване. В резултат на това хоризонталното отклонение на електронния лъч е пропорционално на отклонението на честотата от средната стойност и хоризонталната ос е оста на честотата. На изхода на миксера се генерират комбинирани честотни напрежения. Компонентите, чиято честота е в лентата на пропускане на междинния честотен усилвател, се усилват и след откриване в квадратен детектор и усилване във видео усилвател се изпращат към вертикалните отклоняващи пластини на електроннолъчевата тръба. По този начин вертикалното отклонение на лъча е пропорционално на мощността на определена тясна лента от спектъра на изследвания сигнал (от до ), отговаряйки на равенството

Някои спектрални анализатори използват логаритмични усилватели, които позволяват да се наблюдават компоненти на спектъра с голямо съотношение на амплитудите (100:1 или 1000:1). В такива анализатори логаритмичният режим може да бъде променен на линеен.

Калибраторът е предназначен да създава честотни маркировки върху екрана на тръбата.

Основният недостатък на анализаторите на представеното действие е голямата продължителност на анализа.

Диапазонът на люлеенето на честотата на локалния осцилатор се определя от ширината на изследвания спектър. За да измерите главния или трите странични листа, диапазонът на люлеене трябва да бъде равен на . (Фиг. 10.5 Фиг. 10.5)

Честотното сканиране определя броя на циклите на честотното сканиране на локалния осцилатор за секунда. Минималната стойност на периода на почистване се характеризира с времето за последователен анализ T last Когато се анализира спектърът на периодични импулсни сигнали, периодът на почистване T пъти е свързан с периода на повторение на сигнала T със съотношението: , където m е броят на спектъра линии, наблюдавани на екрана на тръбата.

Междинната честота на спектралния анализатор трябва да бъде такава, че при минимална продължителност на изследвания импулс? изображението на спектъра, получено от огледалния канал, не се припокрива със спектрограмата на главния канал (фиг. 10.5, фиг. 10.5).

Измерване на хармоничните изкривявания

Нелинейното изкривяване на хармоничен сигнал е промяна във формата му, която възниква в резултат на преминаването на сигнала през устройство, съдържащо нелинеен елемент. Изкривеният сигнал може да бъде представен като сума от постоянен компонент, първият хармоник с честота f и по-високите хармоници при честотите .

Мярка за нелинейно изкривяване на хармоничен сигнал е хармоничният коефициент, който характеризира разликата във формата на даден периодичен сигнал от хармоничен

(10.8)

където A i е амплитудата на i-тия хармоник на сигнала.

Нелинейното изкривяване се измерва по два метода: хармоничен и раманов. При хармоничния метод към входа на тестваното устройство се подава един хармоничен сигнал, при комбинирания метод се прилагат два (или три) сигнала с различни честоти. Има статистически метод, при който на входа се подава шумов сигнал.

Измерването на нелинейни изкривявания по хармоничния метод се извършва с помощта на устройство - измервател на нелинейни изкривявания. Входното устройство е проектирано да съответства на изходния импеданс на изследвания обект с входния импеданс на измервателя на нелинейни изкривявания. Широколентов усилвател осигурява усилване на сигнала до стойност, удобна за четене и допълнителни изчисления. Честотна лентаУсилвателят покрива честотния диапазон от долната работна честота до пет пъти горната честота, при която се измерва нелинейното изкривяване.

Работният честотен диапазон се задава чрез превключване на резистори R, плавната настройка се извършва от двоен блок от променливи кондензатори.

За наблюдение на формата на сигнала или неговите висши хармоници е осигурен изход към осцилоскоп. Произведен за работа в ниския (звуков) честотен диапазон.

Шаблоните за анализатори са Excel таблици, създадени за автоматично изготвяне на определени отчети и анализи.

Концепцията за "анализатор на модели" се появява за първи път на курс за дистанционно обучение с помощта на Excel, проведено на уебсайта: поканихме нашите слушатели - учители - да се научат как да правят шаблони-анализатори на резултатите от тестовете. След като направите един шаблон, лесно можете да извършите пълен анализ на тестовата работа с всички проценти, графики и таблици. Нашите слушатели харесаха идеята толкова много, че днес продължаваме не само да учим как да правим свои собствени шаблони за анализатори, но също така публикувахме готови шаблони по различни теми.

Програмата за електронни таблици Excel и подобни предоставят отлични възможности за автоматични изчисления и изчисления, изграждане на графики и диаграми в реално време въз основа на текущо променящи се данни. Затова разработихме курс за учители и възпитатели, където учим от нулата как да работим с електронни таблици и да правим такива шаблони за анализатори за себе си.

Анализаторите, представени на сайта, имат парола, което означава, че шаблонът може да се използва „както е“, просто въведете данните си и получавате отчети. Но ако искате да промените шаблона или да създадете свой собствен, трябва да го направите сами.

Основната функция на която е да възприема информация и да формира подходящи реакции. В този случай информацията може да идва както от околната среда, така и от самия организъм.

Обща структура на анализатора. Самото понятие „анализатор“ се появи в науката благодарение на известния учен И. Павлов. Той беше първият, който ги определи като отделна система от органи и идентифицира обща структура.

Въпреки цялото разнообразие структурата на анализатора обикновено е доста типична. Състои се от рецепторна секция, проводяща част и централна секция.

• Рецепторът или периферната част на анализатора е рецептор, който е адаптиран към възприемането и първичната обработка на определена информация. Например, извивката на ухото реагира на звукова вълна, очите на светлина, а кожните рецептори на натиск. В рецепторите информацията за въздействието на стимула се преработва в нервен електрически импулс.
• Проводящите части са участъци от анализатора, които представляват нервни пътища и окончания, които отиват към подкоровите структури на мозъка. Пример за това е зрителният, както и слуховият нерв.
• Централната част на анализатора е областта на мозъчната кора, върху която се проектира получената информация. Тук, в сивото вещество, се извършва окончателната обработка на информацията и изборът на най-подходящия отговор на стимула. Например, ако натиснете пръста си върху нещо горещо, терморецепторите в кожата ще предадат сигнал към мозъка, откъдето ще дойде командата да дръпнете ръката си.

Човешки анализатори и тяхната класификация. Във физиологията е обичайно всички анализатори да се разделят на външни и вътрешни. Външните човешки анализатори реагират на онези стимули, които идват от външната среда. Нека ги разгледаме по-подробно.

• Визуален анализатор. Рецепторната част на тази структура е представена от очите. Човешкото око се състои от три мембрани – белтъчна, кръвна и нервна. Количеството светлина, което навлиза в ретината, се регулира от зеницата, която е способна да се разширява и свива. Лъч светлина се разбива върху роговицата, лещата и по този начин изображението попада върху ретината, която съдържа много нервни рецептори - пръчици и колбички. Благодарение на химичните реакции тук се образува електрически импулс, който следва и се проектира в тилната част на мозъчната кора.
• Анализатор на слуха. Рецепторът тук е ухото. Външната му част събира звука, средната представлява пътя, през който преминава. Вибрацията се движи през секциите на анализатора, докато достигне къдрицата. Тук вибрациите предизвикват движение на отолитите, което образува нервен импулс. Сигналът преминава по слуховия нерв до темпоралните лобове на мозъка.
• Обонятелен анализатор. Вътрешната обвивка на носа е покрита с така наречения обонятелен епител, чиито структури реагират на молекулите на миризмата, създавайки нервни импулси.
• Човешки вкусови анализатори. Те са представени от вкусови рецептори - клъстер от чувствителни химични рецептори, които реагират на определени
• Тактилни, болкови, температурни човешки анализатори- представени от съответни рецептори, разположени в различни слоеве на кожата.

Ако говорим за човешки вътрешни анализатори, това са структурите, които реагират на промените в тялото. Например, мускулната тъкан има специфични рецептори, които реагират на налягане и други показатели, които се променят в тялото.

Друг ярък пример е този, който реагира на позицията на цялото тяло и неговите части спрямо пространството.

Струва си да се отбележи, че човешките анализатори имат свои собствени характеристики и ефективността на тяхната работа зависи от възрастта, а понякога и от пола. Например, жените различават повече нюанси и аромати от мъжете. Представителите на силната половина имат повече