Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Електроніка

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МЕТОДИ ОПИСУ ШУМІВ

Одним з найбільш ефективних методів теоретичного аналізу шумів є метод Фур'є. У цьому методі флуктуірует величина x (t) може бути описана її спектральної щільністю S x (f ). Наприклад, шумова ЕРС U (t) в невеликому інтервалі (смузі) частот представляється через її спектральну щільність Sfjif ), а джерело флуктуаційного струму / (О в смузі частот A f заміщається генератором шумового струму із середнім квадратом i jj, = S ( (f ) Af 9 де S ^ f) - спектральна щільність струму / (О * Гідність методу Фур'є полягає в тому, що середні квадрати величин, що визначають інтенсивність (потужність) шуму, можна розраховувати за допомогою теорії ланцюгів змінного струму.

Шумлячий електронний прилад зазвичай представляється у вигляді, як кричав дво- або чотириполюсника (багатополюсника) (рис. 22.3). Для спрощення аналізу такої системи з шумом багатополюсника приймається ♦ ідеальним *, т. Е. Вільним від шуму (рис. 22.3, а). Він характеризується зазвичай матрицею провідності || Y ||, складеної на основі системи рівнянь (4.26). Шум моделюється або шляхом включення паралельно входу і виходу шумових генераторів струму / ш1 (/) і / ш2 (0 (рис. 22.3, б),

Мал. 22.3

або послідовним включенням шумових ЕРС £ / ш1 (*) і С / ш2 (О (рис. 22.3, в), які можуть корелювати між собою.

Часто при визначенні ролі шумів в конкретних пристроях і приладах, крім зазначених подань, використовують включення на вході не кричав він чотириполюсника одночасно генераторів вхідного шумового струму і вхідного шумової напруги, причому вважають, що шуми цих генераторів НЕ корельовані (рис. 22.3, г). Вихідні шуми легко обчислюються через відомі відповідних установок, як кричав чотириполюсника (див. П. 22.4, шуми біполярних транзисторів).

Параметри шумових генераторів струму і ЕРС для кожного приладу визначаються властивими йому джерелами шуму. Якщо аналізувати кожен прилад окремо, то визначення ролі шумів сильно ускладнюється через велику різноманітності приладів. Ситуація істотно спрощується в разі, якщо застосовуються такі шумові генератори (джерела) струму і напруги, які є еталонними і щодо універсальними, що використовується при аналізі шумів більшості приладів. Крім того, в разі великого різноманіття джерел шуму використовуються більш складні еквівалентні схеми (див. П. 22.4, шуми польових транзисторів).

В якості еталонних джерел шуму зазвичай беруть дробовий шум діода в режимі насичення і теплової шум опору До при температурі Т.

Якщо розглядати будь-двухполюсник або прилад, який можна уявити, як двухполюсник (діоди, опору і т. Д.), То джерело шумового струму включається паралельно комплексної вхід-

ної провідності У, а джерело шумовий ЕРС

послідовно з комплексним опором І. Середній квадрат шумового струму визначається співвідношенням

де / екв - еквівалентний струм насичення діода для даної ланцюга або приладу, <7 - заряд рухомого носія (електрона або дірки). Сенс струму / екв полягає в тому, що якщо виміряна величина шуму ланцюга (приладу) і на її вхід підключається паралельно діод в режимі насичення з струмом / екв , то потужність шуму на виході подвоюється.

Відповідно до теореми Котельникова теплової шум опору Я при температурі Т в частотній смузі Д / може бути представлений ли

бо генератором напруги з шумовий ЕРС

включеної послідовно з опором Я у яких джерелом шумового струму з

Необхідно відзначити, що формула Найквіста справедлива, якщо енергія теплового руху кТ більше енергії кванта теплового випромінювання Л / або на частоті шуму, або в даному спектральному діапазоні, т. Е. До (кТ у де до - постійна Планка, а / г - постійна Больцмана. у всьому радіодіапазоні, аж до оптичних частот, це співвідношення справедливо. Дійсно, лише при частоті / = 10 13 Гц (Л = 30 мкм) енергія кванта Л / виявляється по порядку величини дорівнює кТ (для Т = 300 К).

Більш загальним виразом для потужності шуму Р ш , справедливим для будь-якого співвідношення між hf і / гГ, є наступне:

З огляду на, що потужність Р, що віддається генератором в узгоджене навантаження Яу дорівнює Р = С / 2 / 4Р, отримуємо значення усередненого квадрата шумовий ЕРС в смузі Д / в вигляді

Ця формула дозволяє оцінювати шуми і в оптичному діапазоні.

При Л / <£. кТ останній вираз перетворюється в формулу Найквиста.

Якщо ці результати перенести на електронний двополюсний прилад, то при активній шумовий провідності приладу С п шумовий струм дорівнює

Шумова вихідна ЕРС обчислюється згідно співвідношенню

де Я п = - еквівалентну шумове дійсне (активне) зі

опір приладу при температурі Т.

Можна перетворити теплової шумовий струм в еквівалентний струм діода в режимі насичення. Для цього необхідно підставити вираз (22.1) для / 2 | Е в формулу (22.3) "в результаті отримаємо 2 (/ 1 ЯКВ = = 4 / ГТБ ', звідки слід співвідношення

Часто для опису шумів, крім струму діода в режимі насичення і шумового опору, вводять поняття еквівалентної шумової температури Т екв . Введення Т екв особливо корисно, якщо в приладі домінуючим є тепловий шум.

При описі шумів приладу замість дійсної температури Т використовують якусь "опорну * температуру Т 0 . Це пов'язано з тим, що температуру приладу часто буває важко визначити, тому що для різних елементів приладу вона може відрізнятися. Так, наприклад, в вакуумних приладах температури всіх електродів , як правило, різні. Тому для зручності вибирають фіксовану, стандартну кімнатну температуру Т 0 = 290 К.

При аналізі шумів в багатополюсних приладах (транзисторах, багатоелектродних лампах і т. Д.) Для еквівалентних схем застосовують включення декількох джерел шуму в вигляді генераторів струму і напруги або їх комбінацій, наприклад, генератора шумового струму, що включається паралельно вхідний провідності, і коррелірованногос ним генератора шумової напруги, що включається послідовно (див. рис. 22.3, г).

Для оцінки та порівняння радіоприймальних пристроїв при виділенні слабких сигналів на тлі шуму широко використовується поняття коефіцієнта шуму Р.

Коефіцієнт шуму показує, у скільки разів відношення потужності джерела сигналу Р ис до потужності джерела шуму Р іш на вході більше аналогічного співвідношення на виході, т. Е.

Коефіцієнт шуму часто вимірюється в децибелах (дБ):

Еквівалентна шумова температура системи Т екв пов'язана з коефіцієнтом шуму F співвідношенням

З формули (22.7) видно, що мінімальне значення коефіцієнта шуму дорівнює одиниці (^ хв = 1).

 
<<   ЗМІСТ   >>