Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

Сайт "Cner"

Вторник, 22.05.2018
Главная » Статьи » Другие статьи » Статьи из литературы

Внутренние шумы приёмника
Одним из основных параметров приемника является его чувствительность. Под чувствительностью радиовещательного приемника понимают напряжение сигнала на его входе, при котором получается выходная мощность, равная 0,1 максимальной неискаженной мощности приемника. При этом принимают, что сигнал модулируется частотой 400 Гц при коэффициенте модуляции, равном 30 процентам.

Чувствительность различных заводских радиовещательных приемников лежит примерно в пределах от 50 до 500 мкВ. На первый взгляд повышение чувствительности приемника не представляет особого труда, например, путем увеличения числа ступеней усиления высокой или промежуточной частоты. Однако на практике этот путь не всегда пригоден, так как одновременно с повышением усиления возрастают и помехи.

При приеме отдаленных маломощных радиостанций трудно добиться хорошего воспроизведения передачи. Передача бывает слышна на фоне тресков и различных шумов. Это объясняется тем, что вместе с сигналом станции приемник принимает внешние атмосферные и индустриальные помехи. Наибольшей величины внешние помехи достигают в большом городе при приеме на длинных и средних волнах. На коротких же волнах особенно в сельской местности они сравнительно малы. Кроме того, возникают помехи и в самом приемнике. Этот вид помех обычно называют внутренними шумами приемника. Они имеют непрерывный спектр частот, а их относительный уровень вследствие ухудшения усилительных свойств ламп, с повышением частоты резко возрастает и на частотах выше 100-300 мГц (λ=3-1 м) основными помехами становятся внутренние шумы приемника. Однако при неправильном выборе схемы приемника внутренние шумы могут сказаться и на более длинных волнах. Например, супергетеродинные приемники без усиления ВЧ и с двумя ступенями усиления ПЧ могут «шуметь» на всех диапазонах.

Исходя из этих соображений, ГОСТ на радиовещательные приемники устанавливает, что реальная чувствительность таких приемников при отношении полезного сигнала к напряжению собственных шумов приемника (включая и фон) принимается равной не менее 10 (20 дБ).

Чем же вызываются внутренние шумы приемника и как их можно уменьшить?

ШУМЫ, СОЗДАВАЕМЫЕ ТЕПЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ

Свободные электроны, которые имеются в большом количестве в проводниках, находятся в непрерывном беспорядочном тепловом движении, причем скорость и направление движения отдельных электронов в каждый момент времени различны. В результате этого беспорядочного движения в проводнике возникает очень слабый ток, беспрерывно изменяющий свою величину и направление. Этот так называемый флуктуационный ток создает на концах проводника некоторое напряжение, действующее значение которого в мкВ при комнатной температуре (t=20°С) можно подсчитать по формуле:
Ширина полосы пропускания Δf для вычисления напряжения шумов определяется следующим образом: вычерчивается кривая зависимости квадрата коэффициента усиления (к2) приемника от частоты и строится прямоугольник (см. рисунок), площадь которого равновелика площади, ограниченной кривой и осью абсцисс, а высота равна ординате кривой при fо; величина основания этого прямоугольника и указывает полосу пропускания приемника Δf, необходимую для вычисления напряжения шумов.
Приведенная формула, строго говоря, верна только в том случае, когда величина сопротивления R не зависит от частоты. Однако она дает достаточную точность и при расчете напряжения шумов на зажимах колебательного контура. В этом случае активную составляющую полного сопротивления контура вблизи резонансной частоты можно приближенно считать равной резонансному сопротивлению Zрез.

ШУМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

В электронной лампе имеют место следующие основные виды шумов:

а) шумы, вызываемые дробовым эффектом;
б) шумы, возникающие за счет перераспределения электронов между положительно заряженными электродами;
в) шумы, наведенные на сетке лампы за счет конечного времени пролета электронами расстояния катод-сетка.

Шумы последнего вида при обычных лампах становятся заметными на частотах выше 30 мГц, а в лампах специальных конструкций на значительно более высоких частотах. Остальными видами шумов можно пренебречь ввиду их малости.

Дробовой эффект в лампах обусловлен неравномерностью вылета электронов из катода. Свободные электроны в материале поверхности катода движутся с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому и вылетают они из нагретого катода не совсем равномерно — в отдельные промежутки времени вылетает различное количество электронов. В результате этого ток в анодной цепи лампы изменяется. Этот изменяющийся ток можно рассматривать как сумму постоянного тока и беспорядочно изменяющегося «шумового» тока. Величина последнего зависит от тока эмиссии катода, режима работы лампы и ширины полосы пропускания приемника.

В многосеточных лампах ток эмиссии катода распределяется между анодом и положительно заряженными сетками, причем распределение это по времени неравномерно — в один момент времени положительно заряженная сетка может «перехватить» больше электронов, в другой — меньше, в результате чего анодный ток в первом случае несколько уменьшится, а во втором — увеличится. Это обстоятельство и является причиной того, что многосеточные лампы «шумят» сильнее триодов.

Уровень шумов, создаваемых лампой, принято характеризовать эквивалентным шумовым сопротивлением. Для этого реальную («шумящую») лампу условно заменяют лампой с такими же параметрами, не создающей шумов, но с сопротивлением в цепи сетки, тепловые шумы которого создают в анодной цепи лампы шумовые токи, равные шумовым токам реальной лампы. Напряжение шумов лампы, которое мы считаем приложенным к ее сетке, можно определить по приведенной выше формуле, заменив в ней величину R эквивалентным шумовым сопротивлением лампы Rш. Эквивалентное шумовое сопротивление пентода в 3—5 раз выше, чем у триода, имеющего такую же крутизну характеристики.

Эквивалентное шумовое сопротивление преобразовательных ламп еще больше, так как, во-первых, эти лампы имеют большее число положительно заряженных сеток, а, во-вторых, крутизна преобразования много меньше крутизны характеристик ламп, работающих в режиме усиления. Значения эквивалентных шумовых сопротивлений наиболее распространенных типов ламп приведены в таблице 1.



РАСЧЕТ ШУМОВ НА ВХОДЕ ПРИЕМНИКА

Для определения суммарных шумов приемника шумы отдельных его элементов обычно пересчитывают в цепь сетки первой лампы. Если коэффициент усиления первой ступени больше десяти, то при расчете достаточно учесть только шумы этой ступени; шумы, создаваемые последующими ступенями приемника, в этом случае будут значительно меньше шумов, вносимых первой лампой и усиленных ею шумов входной цепи. Шумы, принятые антенной, также учитывать не будем. Следовательно, при расчете напряжения шумов на входе приемника мы будем принимать во внимание только напряжение шумов контура Uшк и пересчитанное в цепь сетки напряжение шумов первой лампы Uшл. Обе эти величины можно подсчитать по приведенным выше формулам. Суммарное напряжение шумов на входе приемника будет:
Подсчитаем значения напряжения шумов входных ступеней радиовещательных приемников с наиболее распространенными лампами на коротких волнах.

1. Первая ступень приемника представляет собой преобразователь частоты на лампе 6А8. Принимая резонансное сопротивление входного контура на коротких волнах Zpeз=20 тыс. ом, эквивалентное шумовое сопротивление лампы 6А8 в режиме преобразования частоты Rш = 0,25 мОм (см. таблицу 1) и ширину полосы пропускания приемника Δf=5 кгц.

Найдем напряжение шумов, создаваемых входным контуром:
и напряжение шумов, создаваемых первой лампой:
Суммарное напряжение шумов на входе при этом будет равно:
2. Первой ступенью приемника является усилитель ВЧ на лампе 6К7. Значения Zрез контура и Δf те же, что и в примере 1. По таблице 1 находим значение эквивалентного шумового сопротивления лампы 6К7(Rш=22 тыс. ом). Uшк, так же как и в предыдущем случае, получается равным 1,25 мкВ, а
Суммарное напряжение шумов на входе приемника составит:
Из сопоставления этих двух примеров мы видим, что, применяя на входе приемника ступень усиления ВЧ, можно получить меньшее напряжение шумов на входе, а следовательно, большую реальную чувствительность, чем в том случае, когда принимаемый сигнал подается непосредственно на преобразователь частоты с лампой 6А8.

Если лампу 6K7 в ступени усиления ВЧ заменить лампой 6Ж4 (6АС7), то суммарное напряжение шумов на входе приемника еще уменьшится (до 1,3 мкВ).

Если применить в приемнике две ступени усиления промежуточной частоты, внутренние шумы приемника часто становятся заметными для слуха (так называемый «суперный шум»). Такой приемник, обладая большим усилением, «шумит» даже при отключенной антенне, так как воспроизводит и те шумы, которые создает преобразовательная лампа (6А8 или 6А7).

Для уменьшения шумов смеситель приемника без ступени усиления ВЧ можно выполнить на лампе 6Ж4 с отдельным гетеродином. При этом напряжения на аноде и экранирующей сетке можно взять такими же, как и при усилении, но для сдвига рабочей точки в нелинейную область характеристики сопротивление смещения в цепи катода необходимо увеличить до 500 ом. Крутизна преобразования в этом случае будет равна 2-3 ма/в. Напряжение от гетеродина на управляющую сетку 6Ж4 следует подавать через конденсатор емкостью порядка 1—2 пФ. Напряжение от гетеродина можно также подать в цепь катода смесительной лампы, включив в эту цепь катушку связи с гетеродином. Принимаемый антенной сигнал подается на управляющую сетку. В такой схеме гетеродин работает устойчивее, однако при налаживании приемника здесь труднее регулировать связь с гетеродином.

Если в преобразователе используется лампа 6А8, для улучшения отношения сигнала к шумам следует применить усилитель ВЧ, который может быть апериодическим.

В любом случае уменьшению уровня шумов способствует уменьшение полосы пропускания приемника. Из этих же соображений при приеме дальних радиовещательных станций желательно иметь в приемнике регулировку полосы пропускания по промежуточной частоте.

В коротковолновом любительском приемнике полосу пропускания по низкой частоте не следует делать шире 3 кГц и соответственно шире 6 кГц по высокой частоте. Такая полоса пропускания вполне достаточна для любительского радиотелефонного приема. В случае же радиотелеграфного приема желательна полоса порядка 100-200 Гц. Для получения такой узкой полосы пропускания обычно применяют кварцевые фильтры.

При конструировании многоступенчатых усилителей, предназначенных для высококачественной записи и воспроизведения музыки и речи, также приходится заботиться о снижении уровня внутренних шумов. В таких усилителях напряжение сигнала должно превышать напряжение шумов в несколько тысяч раз. Следовательно, даже при уровне шумов на входе 1—2 мкВ чувствительность усилителя практически ограничена несколькими милливольтами; поэтому в его первой ступени надо применять лампу с очень малым эквивалентным шумовым сопротивлением.

В большинстве случаев полосу пропускания усилителя можно ограничить 7 кГц, так как обычные электродинамические громкоговорители плохо воспроизводят частоты выше 7000 Гц. За пределами полосы пропускания частотная характеристика должна круто обрываться, так как длинный «хвост» частотной характеристики увеличивает полосу пропускания, а следовательно, и уровень шумов.

Автор:  Ж. Персиков

Источник публикации: ж. Радио, 1952, № 2, с. 44 - 46
Категория: Статьи из литературы | Добавил: cner (25.07.2017)
Просмотров: 396 | Рейтинг: 0.0/0