Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
Na
14.4. Шум аттенюатора
Теперь с помощью формулы Найквиста определим шум от резистивного аттенюатора. Обозначим коэффициент потерь как L, а удельную мощность шума на выходе как N3 (рис. 14.3а).
Обычно аттенюаторы сконструированы таким образом, что если на их входе стоит сопротивление R, то сопротивление на выходе также равно R. Предположим, что у нас именно такая ситуация и что у резистора и аттенюатора одинаковая температура Т. Пусть полная удельная мощность шума на выходе при наличии на входе резистора R составляет N7 (рис. 14.36). Шум N7 включает в себя шум и от аттенюатора, и от резистора. Используя уравнение 14.21, запишем полную удельную мощность шума N7:
N' = кТ (14.24)
Этот шум имеет две составляющие: от резистора, который проходит через аттенюатор (его можно записать как kT / L), и от аттенюатора. Запишем:
N' = кТ / L + кТ(1
а)
1/L) (14.25)
Отождествим правое слагаемое с шумом аттенюатора:
N. = кТ(1 - 1 / L) (14.26)
Аттенюатор, коэффициент потерь которого невелик, дает небольшой шум. Однако при возрастании коэффициента потерь значение удельной мощности шума приближается
б)
Рис. 14.3. Аттенюатор с коэффициентом потерь L и удельной мощностью шума на выходе N0 (а). Аттенюатор с входным сопротивлением R (б)
Що] 14. ШУМЫ И ИНТЕРМОДУЛЯЦИЯ
к кТ. Используя уравнение 14.23, запишем температуру шума аттенюатора следующим образом:
Та = NaL / к = T(L - 1) (14.27)
В формуле производится умножение на коэффициент потерь L. Это эквивалентно делению на коэффициент усиления в уравнении 14.23, потому что коэффициент потерь является величиной, обратной коэффициенту усиления.
Хотя эти формулы были выведены для аттенюаторов, их можно применять для фильтров в полосе пропускания, если затухание из-за влияния активного сопротивления катушек индуктивности и конденсаторов преобладает над коэффициентом потерь в фильтре.
14.5. Схемные компоненты шума
Полный шум в приемниках рассчитывается путем сложения мощности шума от антенны и всех каскадов приемника. Это возможно потому, что шум, возникающий от различных частей приемника, в большинстве случаев бывает некоррелированным. Однако существуют исключения, например флуктуации напряжения питания, которые воздействуют одновременно на множество элементов. К тому
же, прежде чем складывать все компоненты Та у . . ^ шума, нужно привязать их к одному и тому
'— ^>--^>-° же месту в системе. Рассмотрим усилитель-
G1, N1, Tl G2, N2. Т2 G3, N3, ТЗ НуЮ ЦЄПОЧКУ, СОСТОЯЩУЮ ИЗ Трех УСИЛИТЄЛЄЙ,
каждый из которых характеризуется коэф-Рис. 14.4. Расчет мощности шума для фициентом усиления Gf, удельной мощнос-цепочки усилителей_ тью шума на выходе Nj и температурой шума
T1 (рис. 14.4).
Присовокупим к этому и температуру шума антенны Та. Запишем удельную мощность шума на выходе N следующим образом:
N = G3G2G,^ + G3G2N1 + G3N2 + N3 (14.28)
Обратите внимание: шум от антенны усиливается всей цепочкой, а шум от последнего усилителя возникает непосредственно в нем. Обычно это означает, что шум от расположенных ранее каскадов преобладает в шумовой характеристике приемника. Один из способов проверить данное утверждение - в радиостанции NorCal 4OA переставить схему АРУ в предыдущий каскад. Это ослабит шум смесителя и фильтра, останется только шум от УЗЧ. Но если так поступить, звук в громкоговорителе попросту исчезнет. Чтобы определить шум приемника, перепишем уравнение 14.28 следующим образом:
Tr = T3 + T1 + T2 / G1 + T3 / (G1G2) (14.29)
Вклад каскадов, расположенных ближе к концу цепочки, в температуру шума уменьшается усилением каскадов, расположенных раньше в цепочке.
14.5. СХЕМНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ШУМА [ззТ]
Альтернатива температуре шума - коэффициент шума, который часто указывается производителями в документации. Коэффициент шума F связан с температурой шума Tn зависимостью:
T /Tn = F-I
(14.30)
где T0 - температура при нормальных условиях (комнатная температура), обычно равная 290 К. Например, для преобразователя частоты SA602AN, используемого в радиостанции NorCal 40А, фирма Philips указывает коэффициент шума 5 дБ. Это соответствует температуре шума в 630 К.
Попробуем спрогнозировать температуру шума для NorCal 40А. Рассмотрим первые четыре элемента приемника, показанные на рис. 14.5.
ФВЧ
ФПЧ
Антенна
ВЧ
ВЧ смеситель
ПЧ
-о Сигнал 34
Смесительный детектор
Рис 14.5. Входные фильтры и смесители частоты в приемнике NorCal 4OA
Допустим, что приемник работает при температуре 290 К, и каждый фильтр имеет коэффициент потерь L = 3,2 (5 дБ). Предположив, что потери в фильтре возникают из-за сопротивления, запишем выражение для температуры шума каждого фильтра, используя уравнение 14.27:
Tf = 290(L - 1) = 630 К (14.31)
Для смесителей частоты возьмем данные из списка параметров, в котором указан коэффициент усиления 18 дБ (G = 63) и коэффициент шума 5 дБ (Tm = 630 К).
Исходя из уравнения 14.29, запишем температуру шума приемника следующим образом:
Tr = Tf + TmL + TfL / G + TmL21 G = 630 + 2020 + 30 + 100 = 2780 К (14.32)
Слагаемые в этом выражении представляют собой высокочастотный фильтр, высокочастотный смеситель, фильтр промежуточной частоты и смесительный детектор. Такая температура соответствует коэффициенту шума 10 дБ, что на 4 дБ меньше измеренной величины. Самый большой вклад в температуру шума привносит смеситель частоты радиосигнала - 2020 К. Вклады фильтра промежуточной частоты и смесительного детектора гораздо меньше, поскольку значения их температур шума делятся на большой коэффициент усиления, соответствующий высокочастотному смесителю. Даже такая температура шума кажется очень большой, хотя на самом деле температура шума антенньї на частоте 7 МГц намного превышает это значение. Следовательно, собственный шум приемника обычно не мешает его работе.
