книги из ГПНТБ / Смогилев К.А. Радиоприемники сверхвысоких частот

(рис. 1.16) и, что самое главное в данном случае, к случай­ ному перераспределению этого потока.

Рассмотрим качественно процесс случайного перераспреде­ ления электронного потока в тетроде.

t a .

9

МГУ

I - t a * ('Э

Рис. 1.16.

На рис. 1.17 в упрощенном виде представлено сечение тет­ рода с плоскими электродами. Окружностями дается сечение проводников экранной сетки. От катода к аноду по прямо­ линейным траекториям движутся электроны.

анод

В зависимости от того, в какой точке электрон покидает катод, а также в зависимости от величины и направления его начальной скорости в этой точке, он, двигаясь по направле­ нию к аноду, может попасть на анод или на экранную сетку. Величина и направление начальной скорости электронов, по­ кидающих катод, вследствие теплового движения в катоде носит случайный характер. Поэтому число электронов, попа-

.30

дающих па анод или на экранную сетку, случайно колеблется около некоторого среднего значения, вызывая флюктуации анодного и экранного токов.

Дробовой шум и шум перераспределения электронного потока в многосеточных лампах учитывается введением шу­ мового сопротивления лампы, которое находится из следую­ щей формулы:

Из таблицы 1 следует, что шумовое сопротивление пенто­ дов в 3 " 5 раз больше, чем у триодов. Поэтому целесообраз­ но, там, где это необходимо и возможно, применять вместо пентодов триоды.

§ 1.9. Эквивалентная шумовая схема лампы

Расчет шумовых характеристик сложных цепей удобно производить с помощью эквивалентных шумовых схем, в ко­ торых шумящие элементы (сопротивления, колебательные контуры, лампы и т. д.) заменяются нешумящими, а шумы этих элементов учитываются введением шумовых генераторов тока или напряжения.

Эквивалентная шумовая схема лампы представлена на

рис. 1.18.

Дробовой шум лампы в эквивалентной схеме учитывается введением в цепь сетки источника э.д.с. дробового шума £шДр, величина которой равна:

Яшдр2 = 4677?,иД /ш.

31

При этом внутреннее сопротивление этого источника шума равно нулю, так как £ Шдр есть фиктивная э.д.с., включенная в цепь сетки. Указанный источник £шдр не представляет для токов сигнала или токов других генераторов никакого сопро­ тивления.

Шумы лампы, обязанные неравномерности пролетного времени и действию обратной связи за счет индуктивности катодного ввода, учитываются путем введения генератора шу­ мового тока /ш.*. Величина /ШВх находится из (1.27,а):

Температура входного сопротивления Твх для ламп с оксид­ ным катодом обычно принимается равной Tbx= $Т = 5Т.

Электронная лампа в эквивалентной шумовой схеме пред­

£/Ш11а = Ш ’Д/ш(/?ш+ 5Я«).

§ 1.10. Коэффициент шума линейного четырехполюсника

Выше рассматривались шумы элементов схем: шумы со­ противлений, колебательных контуров, электронных ламп и т. д. Указанные элементы разумно соединяются в приемнике и со­ ставляют отдельные каскады и весь приемник в целом. Эле-

32

Рассмотрим реальный линейный четырехполюсник (рис. 1.20). Реальным называется четырехполюсник, который содержит шумящие элементы (сопротивления, лампы и др.) и, следовательно, при отсутствии сигнала или шума на входе, имеет на выходе некоторую мощность собственных шу­ мов Рщсоб*

со8.

Рис. 1.20.

Если на вход реального четырехполюсника подается мощ­ ность шумов Ршвх, то мощность шумов на его выходе может быть представлена в виде суммы двух составляющих: усилен­ ной в коэффициент усиления раз входной мощности и мощ­ ности собственных шумов:

Рш вых — РШ ВХ ^Ср РШ соб’ (1.35)

Таким образом, мощность шумов на выходе реального че­ тырехполюсника возрастает на величину мощности собствен­ ных шумов по сравнению с мощностью шумов на выходе идеального четырехполюсника.

Отношение полной выходной шумовой мощности, в случае реального четырехполюсника к усиленной в коэффициент усиления раз входной оказывается больше единицы. Это от­ ношение называется коэффициентом шума и обозначается обычно буквой N. Следовательно,

Коэффициент шума показывает, во сколько раз увеличи­ вается выходная шумовая мощность четырехполюсника за счет его собственных шумов по сравнению с усиленной входной шумовой мощностью.

34

Возможно и другое определение коэффициента шума. Подютавиё в (L36) значение

Рсг

получим:

N:

шли

(1.37)

Полученное выражение позволяет следующим образом оп­ ределить коэффициент шума: коэффициентом шума называет­ ся величина, показывающая, во сколько раз уменьшается отношение сигнала к шуму по мощности на выходе линейного четырехполюсника по сравнению с отношением сигнала к шу­ му по мощности на входе.

Коэффициент шума можно выразить, также, через величи­ ны напряжений сигнала и шума на входе и выходе четырех­ полюсника:

Здесь 7?и и /?вых соответственно входное и выходное со­ противления четырехполюсника.

Учитывая, что коэффициент усиления четырехполюсника по напряжению.:

35

§ 1.11. Реальная и пороговая (предельная) чувствительность приемника

Реальная чувствительность приемника характеризуется минимальной э.д.с. сигнала в антенне или номинальной егомощностью (при согласовании антенны со входом приемника),, которая достаточна для обеспечения определенного напряже­ ния или мощности на выходе при заданном отношении сиг­ нала к шуму.

Отношение мощности сигнала к мощности шума (сигнал/шум) на выходе приемника определяется из условия уве­ ренного обнаружения сигнала на выходе приемника, из усло­ вия его различимости на фоне шумов. Это отношение назы­

Учитывая последнее определение, из выражения для коэф­ фициента шума (1.37), найдем мощность сигнала на входеприемника, которая обеспечивает уверенное обнаружение сиг­ нала на его выходе в случае согласования антенны со вход­ ной цепью:

входную цепь. Ее величина, с учетом выражения для эффек­ тивного значения напряжения шумов в антенне, равна:

Здесь Rex' и Р а соответственно входное сопротивление при­ емника и сопротивление антенны. Тогда,'принимая Т \= Т , для определения реальной чувствительности приемника получим следующее выражение:

Из полученного выражения следует, что реальная чувст­ вительность приемника зависит от параметров как самого приемника (N; Д/ш), так и системы индикации полезного сиг­ нала (kB).

36

Для увеличения реальной чувствительности приемника •'(уменьшения Л ;га1п) необходимо уменьшать его коэффициент шума (Л/) и эффективную полосу шумов.

Выражение (1.39) для каждого конкретного случая позво-

.ляет определить реальную чувствительность приемника. Одна­ ко это выражение неудобно для сравнения по чувствительно­ сти различных приемников. Дело в том, что коэффициент видимости -К зависит как от свойств оконченного аппарата приемника, так и от субъективных данных оператора. Поэтому для сравнения приемников по чувствительности вводится по­ нятие предельной или пороговой чувствительности.

Пороговая (предельная) чувствительность приемника ха­ рактеризуется минимальной величиной (мощности или э.д.с.) сигнала в антенне, при которой обеспечивается заданная вели­ чина сигнала на входе детектора (на выходе линейной части приемника) при отношении сигнал/шум, равном единице.

В соответствии с определением

Р с npefl = ^ 7 7 V A / m.

Следовательно, введением понятия о пороговой чувстви­ тельности приемника исключается влияние оконечного аппа­ рата и оператора на величину чувствительности приемника, исключается также влияние детектора, в котором может из­ меняться отношение сигнал/шум при низких уровнях сигнала.

Пороговая чувствительность приемника является удобной характеристикой, которая может служить для сравнения ли-

.нейных частей различных приемников с точки зрения оценки действия их внутренних шумов.

В настоящее время имеются способы приема слабых сиг­ налов, которые обеспечивают надежное выделение их и инди­ кацию при отношении сигнал/шум на входе детектора мень­ шем единицы. Поэтому следует иметь в виду, что пороговая

•чувствительность иногда может оказаться ниже реальной.

§ 1.12. Коэффициент шума последовательно соединенных четырехполюсников

На рис. 1.21 представлены два четырехполюсника, соеди­ ненных последовательно. На вход первого из них поступает шумовой сигнал с мощностью Р швхНа выходе второго четы­ рехполюсника появляется выходная мощность шумов Р швы*.-

.Мощность шумов Рщвх, представляет собой мощность шумов

37

выходного сопротивления источника сигнала (например, ан­ тенны — для первого каскада приемника). При согласовании:

Рт вп = к ТА/ш,

а при отсутствии согласования Р шuxi'<C^T Д /ш и равна:

РШВХ1 ——k Т A/ц) (J-^,

где — коэффициент рассогласования,

Каждый из четырехполюсников характеризуется соответст­ венно коэффициентом шума, коэффициентом усиления по мощ­ ности и мощностью собственных шумов.

ляется первый четырехполюсник. Поэтому входная шумовая мощность Р ш вх2 для него представляет собой мощность, шумов выходного сопротивления первого четырехполюсника. При согласовании Яшвх2 = ^ЯД/ш, при рассогласовании выхо­ да первого и входа второго четырехполюсников

Яшвх2 ——k *РД/ш ^2>

38

ш вх2

где Яч '■ k T Д / ш — коэффициент рассогласования выхода

первого и входа второго четырехполюсников.

Коэффициент шума системы последовательно соединенных четырехполюсников

N = - Яш вых

ШВХ1

где

Кр — КР1 Крч-

Полная шумовая мощность на выходе четырехполюсников

Рш вых (Яш ВХ1 к п + я ш соб]) Крч “Ь Я ш собг ■

Здесь мощности'собственных шумов ЯШСоб1 и Яшсов2 пред­ ставляют собой мощности, которые рассеиваются на сопротив­ лениях нагрузки четырехполюсников. Сопротивлением нагруз­ ки первого четырехполюсника является входное сопротивление второго.

С учетом последнего выражения находим:

Имея в виду выражения (1.40) и (1.41), получаем

N = N l + b l l l b . .

^ pi Я\

При согласовании, когд Я\ — Яч —

Для большего числа последовательно соединенных четырех­ полюсников аналогичным образом получим:

39