Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Сайт "Cner"

Воскресенье, 22.04.2018
Главная » Статьи » Другие статьи » Статьи из литературы

Генератор шума
О чувствительности УКВ приемника

С укорочением длинны радиоволн интенсивность атмосферных помех постепенно понижается и, начиная приблизительно от 20 м, при отсутствии источников промышленных помех, приём слабых сигналов затрудняется в основном только из-за наличия внутренних шумов приемника.

Природа возникновения внутренних (собственных) шумов в радиоприёмнике объясняется тепловым движением электрических зарядов в проводниках и сложными электронными процессами в лампах. Свободные электроны в проводниках находятся в непрерывном беспорядочном ("тепловом") движении, причём, чем выше температура проводника, тем больше скорость движения электронов. Вследствие этого на концах проводника возникает сравнительно малое напряжение, величина и полярность которого хаотически меняется. Если к такому проводнику подключить приёмник с большим коэффициентом усиления и ничтожно малыми собственными шумами, то в громкоговорителе будет слышен характерный шум.

Громкость шумов остается неизменной в том случае, если изменять настройку приёмника.

Происходит это потому, что шум является совокупностью электрических колебаний многих частот, то есть имеет непрерывный спектр частот (рис.1), причём мощность шумов на этих частотах одинакова. Если расширить полосу пропускания приёмника при том же  усилении, то громкость шума в громкоговорителе возрастёт, так как мощность шумов пропорциональна полосе пропускания.

Следует иметь в виду, что "шумят" только проводники, имеющие активное сопротивление. Так, в колебательном контуре шум создается сопротивлением потерь. Индуктивность и ёмкость с этой точки зрения играют пассивную роль. При резонансе напряжение шумов, создаваемое сопротивлением потерь, увеличивается в Q раз (Q - добротность контура). Можно поэтому считать, что у контура "шумит" его резонансное сопротивление.

В электронных лампах шумы  вызываются флюктуациями (случайными изменениями) её анодного тока. Эти флюктуации имеют различное происхождение, однако, главным из них является "дробовой эффект" - неравномерное излучение электронов катодом. Шум лампы зависит от тока эмиссии катода и от режима и конструкции лампы.

Наиболее "шумящей" частью приёмника являются входные цепи и первый каскад, поскольку их шумы подвергаются максимальному усилению. Поэтому первые каскады современных приёмников проектируются на триодах с большой крутизной включенных по схемам, позволяющим свести напряжение шумов к минимуму (например, схема "заземлённый катод - заземлённая сетка").

Чем меньше будет уровень принимаемого сигнала, тем труднее его обнаружить на фоне собственных шумов приёмника. Таким образом, шумы ограничивают чувствительность приёмника, и понижение уровня шумов позволяет соответственно увеличить чувствительность. Для приема без искажений уровень полезного сигнала в антенне должен, как правило, превышать уровень шумов. Исходя из этих соображений, в радиоприёмном устройстве определяют реальную чувствительность, которая характеризуется требуемым отношением сигнал/шум на выходе приёмника. Так, например, для приёма изображения хорошего качества в телевизионном приёмнике реальная чувствительность определится уровнем полезного сигнала в антенне при отношении сигнал/шум на выходе не менее 30, а при приёме на слух телеграфных сигналов - 0,7-0,2, то есть телеграфные сигналы иногда можно различить даже если их уровень ниже уровня шумов.

Кроме реальной чувствительности приёмника, в УКВ приёмниках различают еще пороговую (или шумовую) чувствительность. Пороговая чувствительность характеризует шумовые свойства приёмника в смысле вносимых им шумов и оценивается коэффициентом шума. Правда, шумовые свойства приёмника иногда оценивают величиной напряжения внутренних шумов на его входе, однако, судить о чувствительности по этой величине очень неудобно потому, что напряжение шумов зависит от полосы пропускания.

Коэффициентом шума приемника называют число N, показывающее во сколько раз уменьшается отношение мощность сигнала/мощность шумов  (т. е. возрастают шумы) на выходе приемника по сравнению с таким же отношением на его входе.

Предположим, что отношение  сигнал/шум на входе приемника, работающего на частоте 50 Мгц, равно 10. Вследствие того, что приемник усиливает не только «входные», но и собственные шумы на выходе его, это отношение уменьшается. Допустим, что оно стало равно 5. Тогда, очевидно, коэффициент шума будет 2. Современные приемники — независимо от их назначения — на частотах до 100 Мгц (λ=3 м) имеют коэффициент шума от 2 до 16. Если приемник не вносит шумов (идеальный приемник), то N= 1.

Генератор шумов

Для измерения коэффициента шума приемника большое распространение получили генераторы шумового сигнала (ГШС) различных конструкций.

Несложные по устройству генераторы шумов позволяют определять не только важнейший параметр УКВ приемника — коэффициент шума. С помощью ГШС, например, очень легко «выжать» из приемника наивысшую чувствительность или контролировать усиление, что необходимо, например, при использовании приемника в качестве измерителя напряженности поля помех. Генератор шумов не требует калибровки, так как мощность его сигнала достаточно точно определяется расчетом. Поэтому в некоторых случаях любительские конструкции генераторов стандартных сигналов можно калибровать по ГШС. По сравнению с обычным генератором стандартных сигналов, которыми зачастую пользуются при измерении шумовой чувствительности (См. статью «Измерение шумовой чувствительности приемников» в журнале «Радио» № 10 за 1953 год. )*, применение ГШС дает большую точность. В обычном генераторе сигналов (например ГСС-6) напряжение сигнала до делителей примерно в 10 000 раз выше, чем это необходимо, и поэтому даже незначительное просачивание сигнала через экранировку может вызвать значительную ошибку. В шумовом генераторе требуемый уровень сигнала получается без ослабления, благодаря чему такого рода ошибка отсутствует. К тому же генератор шумов вырабатывает сигнал, имеющий такой же характер, как и внутренние шумы приемника, что также повышает точность измерений.

В качестве источника сигнала шума обычно используется диод, работающий в режиме насыщения. Такой диод называется шумовым. Шумы в нем возникают в основном из-за дробового эффекта. Для того чтобы диод работал в режиме насыщения, характеризующегося малой зависимостью тока анода от напряжения на аноде, шумовые диоды изготавливаются с торированно-вольфрамовым катодом. В таких диодах можно получить ток насыщения при небольших анодных напряжениях.

Генераторы шумового сигнала в практике радиолюбителей еще не нашли широкого применения, что следует считать большим упущением.

Одна из возможных схем ГШС, предназначенного для испытания приемников на частотах до 300 Мгц, приведена на рис.2. Как видно из этой схемы прибор состоит из двух блоков — блока шумового диода и блока питания, соединенных между собой двухжильным экранированным кабелем. Шумовой диод (2Д2С) нагружен на сопротивление R1 с которого и снимается напряжение шумов.

Величина выходного сопротивления выбирается равной входному сопротивлению приемника, которое при несимметричном входе обычно составляет 75ом. В этом случае генератор подключается к приемнику так, как показано на рис. 3, а. При симметричном входе приемника его входное сопротивление в большинстве случаев равно 300 ом и генератор подключается так, как показано на рис. 3, б. Необходимую мощность сигнала ГСШ устанавливают потенциометром R3, включенным в цепь накала.

Для устранения «пролезания» посторонних помех на выход генератора (т. е. на вход приемника) анодное напряжение на шумовой диод подается со стороны катода («плюс» выпрямителя заземлен), а в цепь накала включается высокочастотный фильтр. Конденсатор С8 необходим для фильтрации выпрямленного напряжения. Ток диода измеряется миллиамперметром, имеющим две шкалы — 10 и 40 ма.

Трансформатор Тр1 блока питания собран на сердечнике, из пластин Ш-16, набор 39 мм, обмотка 1 имеет 1760 витков провода ПЭЛ 0,25, обмотка II—1080 витков провода ПЭЛ 0,25 и обмотка III — 18 витков ПЭЛ 1,2. Потенциометр R1 можно изготовить из какого-либо фабричного, перемотав его обмотку медным проводом типа ПЭЛ 0,4. Дроссели Др1 и Др2 имеют индуктивность по 2—3 мкгн. (55 витков провода ПЭЛШО 0,25 намотанных виток к витку на сопротивлении ВС-0,5 820 ком). Лампа 2Д2С может быть заменена диодами ДШ-2 или 2ДЗБ. Общий вид ГШС без источников питания показан в заголовке статьи.

Работа с генератором.

Метод измерения коэффициента шума основан на сравнении неизвестной мощности внутренних шумов приемника с известной мощностью сигнала ГСШ. Блок-схема измерения показана на рис. 4.

Генератор подключают на вход испытываемого приемника через возможно более короткие проводники. Предварительно АРУ, второй гетеродин и кварцевый фильтр (если имеются) приемника отключают. К детектору исследуемого приемника подключают ламповый вольтметр (типа ВК-2). Включают генератор и приемник в сеть, но анодное напряжение шумового диода пока не подают. Усиление приемника устанавливают таким, чтобы вольтметр показывал некоторый уровень внутренних шумов. Включая анодное напряжение шумового диода, и изменяя его ток накала, добиваются равенства мощностей внутренних шумов приемника и сигнала генератора по показанию вольтметра. Если у приемника квадратичный детектор, показание вольтметра должно превышать предыдущее показание в 2 раза или в 1,41 раза для линейного детектора ( Диодный детектор в подавляющем большинстве случаев имеет квадратичный участок характеристики при амплитуде напряжения на его входе меньше чем 0,25 В и линейный при Uмакс. больше 1 в. У лампового детектора из-за наличия начального тока квадратичный участок использовать не удается.). Отмечая какой будет в этом случае анодный ток шумового диода I (в ма) рассчитывают коэффициент шума N по формуле:

При измерении коэффициента шума приемника, имеющего симметричный вход, полученный по этой формуле коэффициент шума необходимо еще разделить на два, а для исключения влияния ассимметрии следует проделать два измерения и при втором измерении провода, идущие от ГШС следует поменять местами. В этом случае коэффициент шума находится как среднее значение двух результатов. Максимальный ток диода 2Д2С составляет 40 ма, поэтому наибольший коэффициент шума, который можно измерить, равен 60.

Важно отметить, что прежде чем проводить измерение следует убедиться в отсутствии внешних помех, которые могут существенно повлиять на результат измерений. Иногда посторонние помехи можно обнаружить по вольтметру, который подключен к нагрузке детектора: при наличии только внутренних шумов приемника стрелка вольтметра колеблется в небольших пределах, если же на приемник воздействуют помехи, которые в большинстве случаев имеют импульсный характер, то время от времени стрелка вольтметра резко отбрасывается. Если необходимо знать напряжение внутренних шумов на входе приемника Uш, то оно вычисляется по формуле:

Оставляя ту же схему измерений, можно так настроить приемник, чтобы он обладал максимальной чувствительностью. Для этого следует ток шумового диода поддерживать постоянным, а настройкой входного устройства приемника добиваться получения наибольшего превышения уровня сигнала генератора над уровнем внутренних шумов.

В заключение следует заметить, что можно изготовить еще более простой ГШС, у которого источником шума будет служить полупроводниковый диод (рис. 5). Недостаток такого генератора заключается в том, что мощность его сигнала не может быть рассчитана. Поэтому он пригоден только для относительных измерений.

Для того чтобы измерять таким прибором коэффициент шума нужно прокалибровать его по известному ГШС, выполненному на ламповом диоде. Генератор шумов на полупроводниковом диоде описан в журнале «Радио» N 3 за 1954 год.

Автор: А. Шур

Источник публикации: ж. Радио, 1959, № 4, с. 41-43
 
Категория: Статьи из литературы | Добавил: cner (09.07.2017)
Просмотров: 249 | Рейтинг: 0.0/0