Структурна схема генератора шуму
Генератори шуму відрізняються винятковою розмаїтністю елементів, що утворюють їх. Це уявляється, з одного боку, широким вибором первинних джерел шуму, а з іншого боку, вийнятковим різноманіттям практичних вимог до самих генераторів.
Від генератора в загальному випадку потрібно, щоб він давав широкосмуговий шум з рівномірною спектральною щільністю в заданому діапазоні частот, мав можливість регулювання і контролю вихідної потужності і забезпечував незмінність вихідних параметрів – шуму (середньої потужності і законів розподілу миттєвих значень).
Схемне виконання генераторів шуму різноманітне, але детальний розгляд їх дозволяє зробити деякі узагальнення і прийти до структурної схеми, зображеної на рис. 8.2.
Як первинне джерело можуть використовуватися газорозрядні елементи (тиратрони, неонові лампочки, аргонові і неонові трубки й ін.), резистори, напівпровідникові прилади, шумові діоди і деякі інші прилади.
За допомогою формуючого пристрою виробляється виділення потрібного спектра частот із заданим розподілом спектра потужності чи шуму здійснюється перетворення одного виду шуму в іншій, наприклад, вузькосмугового нормального шуму в релеєвський.
Рис.8.2. Узагалнена структурна схема генераторів шуму
Атенюатор необхідний для регулювання вихідного рівня сигналу. Далі послідовно розглянуті наступні питання: вибір первинного джерела шуму і його робота.
Первинні джерела шуму
Основним вузлом будь-якого генератора шуму є первинне джерело шуму, чи, як ще його називають елемент, що шумить. Під первинним джерелом шуму розуміється шумливий задаючий генератор, вихідна напруга якого в наступних каскадах може підсилюватися і перетворюватися по частоті.
Фізична природа флуктуацій електричного струму чи напруги може бути дуже різноманітною. Вона може полягати в тепловому русі електронів (тепловий шум), у скінченій величині заряду, електрона (дробовий шум); у коливаннях електропровідності електричного ланцюга (контактний шум) та ін.
Тому джерела шуму, застосовувані в якості первинних, численні, наприклад ними можуть бути: активний опір, електронна лампа, газонаповнений тріод, неонова лампа, лампа денного світла, напівпровідниковий чи діод тріод, мікрофонна капсула й ін.
Джерело шуму варто вибирати відповідно призначенню і вимогам, що пред'являються до генератора шуму в цілому.
Іноді первинним називають джерело шуму, що застосовується в якості вихідного для еталонування; тут і далі під первинним джерелом шуму мається на увазі задаючий генератор шуму. Для цієї мети ідеально підходить недорогий і джерело шуму, що легко будується на напівпровідниковому діоді.
Загальні вимоги, яким повинне задовольняти джерело шуму приводимо нижче:
Рівномірна спектральна щільність потужності шуму в заданому діапазоні частот (звичайно бажано, щоб нерівномірність була не більше ±(1 – 2) дБ).
Досить велика вихідна напруга (потужність) шуму в заданій смузі частот. Внаслідок цього значно скорочується число проміжних каскадів посилення.
Від джерел СВЧ шумів потрібно також рівність його вихідного опору хвильовому опору лінії передачі.
Незмінність і відтворюваність характеристик шуму в часі і при зміні зовнішніх умов (температури, тиску, вологості).
Взаємозамінність джерел шуму без необхідності перебудови всього генератора.
У зв'язку з цими вимогами найбільш важливими характеристиками джерела шуму є:
діапазон частот, у якому можна вважати спектральну щільність потужності рівномірною;
спектральна щільність потужності чи діюче значення напруги в заданому діапазоні частот (джерело СВЧ шуму найкраще характеризувати або еквівалентною шумовою температурою, або відношенням, що називається відносною шумовою температурою, номінальної потужності джерела шуму до потужності, що знімається з опору, який знаходиться при кімнатній температурі);
відтворюваність характеристик шуму від одного екземпляра джерела шуму до іншого, а звідси і їх взаємозамінність.
Для того щоб більш повно і зрозуміло описати джерела шуму, необхідно правильно їх класифікувати. Однак сталої класифікації не існує. Тому класифікуємо джерела шуму по джерелу походження електричних шумів (тепловий шум, дробовий шум і т.д.).