способ усиления электрических сигналов

Формула изобретения

Способ усиления электрических сигналов, заключающийся в том, что электрический сигнал преобразуют в пространственные колебания оптического луча, усиливают их по амплитуде и преобразуют в электрический сигнал.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике усиления электрических сигналов и может быть реализовано в технических системах приема и обработки информации.

Известен способ усиления электрических сигналов, основанный на использовании активных радиоэлементов (транзисторов, радиоламп) и заключающийся в управлении малым входным напряжением внутренним сопротивлением соответствующего радиоэлемента, что обеспечивает адекватное изменение тока или напряжения на выходе усилителя (Жеребцов И.П. Радиотехника. М.: "Связь", "Сов. радио", 1965, с.186, 286).

Недостатками данного способа усиления являются:

- влияние на входные цепи электронных усилителей электромагнитных помех, что приводит к существенному искажению сигналов и нарушению работоспособности усилителей;

- наличие шумов и ограниченная полоса пропускания электронных усилителей, что также приводит к искажению сигналов и снижению чувствительности усилителей;

- возникновение в процессе усиления сигналов побочных электромагнитных излучений, создающих канал утечки информации и помехи для других электронных устройств.

Техническим результатом применения предлагаемого способа усиления является повышение чувствительности, помехозащищенности, электромагнитной совместимости и скрытности функционирования усилителей электрических сигналов.

Указанный технический результат достигается тем, что электрический сигнал преобразуют в пространственные колебания оптического луча, усиливают их по амплитуде и преобразуют в электрический сигнал.

Достижение технического результата обусловлено:

- возможностью обеспечения высокого отношения сигнал/шум на выходе усилителя пространственных колебаний оптического луча;

- независимостью направления распространения оптического излучения от известных физических полей;

- невозможностью проникновения оптического излучения через непрозрачные материалы.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2, на которых представлены последовательность действий при реализации предлагаемого способа усиления электрических сигналов и структурная схема устройства, реализующего изобретение, соответственно.

Преобразование электрического сигнала в пространственные колебания оптического луча может осуществляться, например, с помощью пьезоэлектрического элемента, фигура 3 (Л.З.Криксунов. Справочник по основам инфракрасной техники. - М.: Сов. Радио, 1978, с.219). Преобразование пространственных колебаний оптического луча в электрический сигнал осуществляется с помощью фотоприемника (Р.Дж.Киес, П.В.Крузе, Э.Г.Патли и др. Фотоприемники видимого и ИК-диапазонов. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985. - 328 с.). Указанное преобразование может быть реализовано при неполном перекрытии входного зрачка фотоприемника отраженным оптическим лучом, в результате чего пространственные колебания последнего приведут к изменению площади перекрытия и появлению на выходе фотоприемника соответствующего этим изменениям переменного электрического сигнала. Фотоприемник в данном случае выполняет функцию коррелятора, интегрируя поступающий на его вход поток излучения и формируя тем самым отклик на изменение пространственного положения оптического луча (патент РФ на полезную модель № 62319 "Оптический преобразователь").

При угловых пространственных колебаниях оптического луча одним из способов увеличения амплитуды его колебаний относительно фотоприемника и, соответственно, амплитуды сигнала на его выходе является увеличение расстояния между фотоприемником и мембраной. Поэтому в качестве простейшего усилителя амплитуды пространственных колебаний оптического луча могут использоваться две пластины с обращенными друг к другу зеркальными поверхностями, между которыми оптический луч распространяется по ломаной траектории путем последовательного отражения от каждой пластины (фиг.2). Коэффициент усиления такого усилителя зависит от расстояния между пластинами и количества отражений от них оптического луча. Мощность источника оптического излучения должна соответствовать требуемой мощности электрического сигнала на выходе фотоприемника. Такой усилитель не содержит активных и пассивных радиоэлементов, поэтому полоса его пропускания практически неограниченна, а при высокой точности изготовления зеркальных поверхностей его нелинейные искажения будут незначительными. Кроме того, он не имеет предела устойчивости, поэтому может обеспечить высокий коэффициент усиления, не переходя в режим самовозбуждения.

Шумы на выходе фотоприемника складываются из шумов самого фотоприемника и квантовых шумов оптического излучения. Однако эти шумы не усиливаются вместе с полезным сигналом (пространственными колебаниями оптического луча), поэтому отношение сигнал/шум на выходе усилителя может быть увеличено до требуемого значения за счет повышения коэффициента его усиления. "Внутренним" шумом предлагаемого устройства, который может усиливаться вместе с полезным сигналом, являются колебания его неподвижных элементов (излучателя, усилителя из зеркальных пластин и фотоприемника) под воздействием внешних звуковых волн. Но при небольших размерах этих элементов и соответствующем конструктивном исполнении (жесткое крепление к основанию корпуса, монолитное исполнение, использование для изготовления корпуса вязких материалов и т.д.) их колебания будут значительно меньше, чем колебания пьезоэлектрического элемента.