Шумы активных сопротивлений, колебательного контура и антенны. Шумы 4kT

Источниками шумов приемника являются все имеющиеся в нем электрические цепи и электронные приборы. Любая цепь, обладающая резистивностью, является источником теплового шума и может быть представлена схемой с эквивалентными генераторами шумовых ЭДС или токов:

Средний квадрат ЭДС шума в полосе пропускания устройства определяется формулой Найквиста:

;

k =1.38*10e-23 Дж/град – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура цепи; произведение kT характеризует интенсивность тепловых флуктуаций в полосе 1 ГГц при сопротивлении 1 Ом; Df_Э – полоса частот в пределах которой измеряется ЭДС шумов; R(G) – активное сопротивление (проводимость) цепи. Шумы связаны только с активным сопротивлением, поскольку они создаются тепловыми флуктуациями электронов. Реактивные составляющие обусловлены магнитными и электрическими полями, в которых флуктуации электронов отсутствуют.

Источником шумов в колебательном контуре является сопротивление потерь r. Напряжение шумов на параллельном контуре в Q раз больше ЭДС (Q – добротность контура):

, где - резонансное сопротивление параллельного контура.

Номинальная мощность шума, отдаваемая в согласованную нагрузку:

R = R_ВХ – это случай согласования источника и «нагрузки», роль которой выполняет входное сопротивление последующей цепи R_ВХ.

- эта мощность не зависит от R и R_ВХ.

Шумы антенны. В приемной антенне действуют тепловые шумы, связанные с сопротивлением потерь антенны, и шумы, возникающие вследствие приема излучений космоса, атмосферы и Земли. Роль тепловых шумов антенны незначительна, а средний квадрат ЭДС шума от внешних излучений удобно оценивать соотношением: , где T_А = t_АT – шумовая температура антенны, определяемая как эквивалентная температура, при которой тепловые шумы сопротивления r_A такие же, как и действительные шумы антенны.

1.6. Шумы активных элементов.

Шумы полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов.

Шумовые схемы замещения полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов.

Первичные шумовые параметры биполярных транзисторов.

Основные механизмы шумов полупроводниковых диодов:

1. Шумы объемных активных сопротивлений;
2. Дробовые шумы переходов. Дробовой эффект – неравномерность появления движущихся носителей заряда в полупроводнике.

Основные механизмы шумов биполярных транзисторов:

1. Шумы объемных сопротивлений;
2. Дробовые шумы переходов;
3. Шумы перераспределения или токов. (Из эмиттера в коллектор и базу).

t_ВХ – относительная шумовая температура входной проводимости.

С этой схемой тоже работать тяжело, поэтому вводят следующую эквивалентную схему:

R_Ш – шумовое сопротивление биполярного транзистора. Эта величина виртуальная. Реально этого сопротивления в транзисторе нет.

Мы выделили не шумящий транзистор, а шумы выполнены в виде генераторов тока и напряжения.

R_Ш, t_ВХ – первичные шумовые параметры транзистора.

;

h_21Э – коэффициент усиления по току при включении с общей базой; e – заряд электрона; i_Э – постоянный ток эмиттера; r_Б – сопротивление базы; w – угловая рабочая частота; Y₂₁,G_ВХ,C_ВХ – параметры транзистора.

Основные механизмы шумов полевых транзисторов:

1. Шумы объемных сопротивлений.
2. Дробовые шумы, обусловленные током утечки затвора.
3. Тепловые шумы канала.

Эквивалентная шумовая схема замещения S – крутизна сток-затворной характеристики.

1.7. Шумовые свойства 4-х полюсников.

Вторичные шумовые параметры. Коэффициент шума.

Основные соотношения для коэффициента шума 4-х полюсника.

Связь коэффициента шума с чувствительностью РПУ.

Величины, характеризующие шумы каскадов называются вторичными шумовыми параметрами.

Коэффициент шума. Для оценки шумовых свойств источника сигнала используют отношение средней мощности сигнала к средней мощности шумов. В четырехполюснике, через который проходит сигнал от источника, ОСШ ухудшается вследствие добавления собственных шумов четырехполюсника. Шумовые свойства четырехполюсника характеризуются коэффициентом шума, который показывает, во сколько раз уменьшается ОСШ на выходе по сравнению с ОСШ на входе:

K_P – коэффициент передачи по мощности. - мощность шума, приведенная ко входу. - полная мощность выходных шумов.

- номинальная мощность шума, отдаваемая генератором в нагрузку.

T_Ш – шумовая температура четырехполюсника. Температура, на которую следует нагреть входное сопротивление четырехполюсника, чтобы получить тот же уровень шумов на выходе.

- шумовая температура.

Связь коэффициента шума и шумовой температуры с чувствительность приемника:

P_CВХ – чувствительность – минимальное значение входной мощности сигнала, при которой обеспечивается заданное ОСШ на выходе q_ВЫХ.

- реальная чувствительность.

- пороговая чувствительность.

Известно, что , где T – температура окружающей среды. - шумовая температура.

- чувствительность.