Dinamik Aralık Nedir?

Dinamik aralık kavramı fotoğrafçılıkta ve mühendislikte sıklıkla görülen bir kavramdır. Fakat bu terim tam olarak ne anlama gelmektedir? Bu yazımızda dinamik aralık kavramına ve elektronik sistemler ve devreler için nasıl uygulandığına değineceğiz.

A- A+

24.07.2020 tarihli yazı 12563 kez okunmuştur.

“Aralık” iki sınır arasındaki değişim bölgesi olarak tanımlanır. Yunancadan gelen “statik” hareketsizlikle ilgili bir kavramdır. Statik, hareket ya da değişim eksikliğini gösterir. “Dinamik” sürekli hareket eden ve değişken olanı tanımlar. Dinamik Aralık, bir sistemdeki en büyük geçerli analog sinyal ile uygulanabilir en küçük sinyal arasındaki orandır ve genellikle dB cinsinden ifade edilir. Analog sinyaller ve devrelerin yanı sıra dijital sistemler ve ilgili verilerde çok önemli bir parametredir.

► İlginizi Çekebilir: Dijital İkiz: Fiziksel ve Dijital Dünyanın Köprüsü

Yukarıdaki bilgileri göz önünde bulundurarak, elektrik mühendisliği bağlamında dinamik aralığın, dinamik bir sinyalin belirli bir sisteme teslim edildiğinde veya üretildiğinde alabileceği olası veya kabul edilebilir değerlerin aralığını belirlediğini söyleyebiliriz.

İnsan Görüşü

İnsan gözünün hassas olduğu parlaklık aralığı 14 büyüklük derecesine yayılır: alt sınır metrekare başına yaklaşık 10-6 Candela (cd / m2) ve üst sınır yaklaşık 108 cd / m2'dir. Bu, insan görsel sisteminin 14 dinamik aralığına sahip olduğu anlamına gelmez çünkü belirtilen parlaklık aralığı hem koni hem de çubuk hücrelerin hassasiyetini içermektedir ve bu iki biyolojik fotoreseptör eşzamanlı çalışmaz. ). Bu nedenle, aralık, üst sınır ve alt sınır arasında dinamik olarak değişen ve böylece sistemi belirli çalışma koşulları kümesiyle sınırlayan giriş sinyallerine uygulanmaz.

Dinamik Aralık Hesaplama ve İfade Etme

Elektrik mühendisleri büyük oranları (opamp kazanımı gibi) ifade etmek için desibel kullanmaktadırlar ve dinamik aralık bir istisna değildir. Örneğin, bir voltaj izleme sistemi 80 dB'lik bir dinamik aralığa sahipse, algılanabilir maksimum giriş seviyesi, saptanabilen minimum giriş seviyesinden 10.000 kat daha fazladır.

Optik sistemlerde dinamik aralık genellikle duraklarla ifade edilmektedir. Bir durak, iki faktörlü bir artmayı veya azalmayı ifade etmektedir. Eğer dijital bir kameranın 8 duraklık bir dinamik aralığa sahip olduğunu söylersek, en parlak kısmın parlaklığının en karanlık kısmın parlaklığına bölünmesiyle 256 (= 28) değerine eşit veya daha azsa bir sahneyi aslına sabit kalarak çoğaltabilir.

Elektronik Sistemlerde Dinamik Aralık

Analog-Dijital Dönüştürücüler

Çıkış sinyalinde bir ADC'nin dinamik aralığı çözünürlük ile belirlenmektedir. En düşük sıfır olmayan çıktı değeri 1 ve en yüksek çıktı değeri (2^N – 1) 'dir. Burada N, oluşturulan dijital sözcükteki bit sayısını ifade etmektedir. Örnek verecek olursak 14 Bitlik bir ADC'nin dinamik çıkış aralığı (2^14-1) = 16383 şeklinde bulunur. Bu aynı zamanda 84.3 dB ya da 14 durak olarak ifade edilebilir.

Giriş sinyalinin dinamik aralığı daha az basittir, çünkü alt sınır, analog dalga formundaki çevresel koşullardan veya ADC'den önce gelen bir değişken kazanç amplifikatörünün kazanç ayarından etkilenebilecek gürültü miktarı tarafından belirlenir. Referans voltaj 2,5 V'luk bir üst sınır getiriyorsa ve gürültü tabanı 1 mV ise, dinamik aralık 2,5 / 1 × 10–3 ≈ 68 dB'dir.

Görüntü Sensörleri

Bir CCD (Şarj bağlı cihaz) sensöründe, optik algılama üzerindeki üst sınır, bir pikselde saklanabilen ışık tarafından üretilen elektron sayısıdır ve alt sınır, karanlık gürültü ve okuma gürültüsü ile ilişkili elektron sayısıdır. Bir pikselin 40.000 elektron tutabileceği düşünülürse belirli bir pozlama döneminde piksel 5 elektron karanlık gürültü üretir ve okuma sırasında 10 elektron daha fazla gürültü alırsa, dinamik aralık 40.000 / (5 + 10) = 68.5 dB veya yaklaşık 11⅓ duraktır.

RF Karıştırıcılar

Karıştırıcılar frekans aktarımı yapar ve bu nedenle radyo frekansı sistemlerinin tasarımında temel bir rol oynar. Karıştırıcının kabul edilemez doğrusal olmayan göstermeye başladığı giriş gücü seviyesine 1 dB sıkıştırma noktası denir. Bu, dinamik aralığın hesaplanmasında kullanılan üst sınıra karşılık gelmektedir ve alt sınır, karıştırıcının gürültü rakamıdır.