Использование коэффициента шума

Коэффициент шума можно применять не только к отдельным линейным каскадам, но и ко всему линейному высокочастотному тракту приемника. В высокочастотных трактах супергетеродинных приемников имеется преобразователь частоты, который является принципиально нелинейным элементом. Однако он изменяет мощности сигнала и шума так же, как и линейный усилительный элемент. Поэтому при расчете шумовых соотношений весь высокочастотный тракт приемника (до детектора) можно считать линейным.

Если для линейного высокочастотного тракта известен коэффициент шума Ш, то нетрудно определить его пороговую чувствительность. Номинальная мощность шумов на выходе линейного тракта может быть представлен в виде суммы номинальных мощностей усиленных шумов антенны и собственных шумов приемника

(3.17)

Номинальная мощность шумов антенны равна , где t_a - относительная шумовая температура антенны, В - энергетическая полоса пропускания рассматриваемого высокочастотного тракта.

Подставляя в последнее выражение значение собственных шумов высокочастотного тракта получим

(3.18)

Мощность сигнала на выходе рассматриваемого тракта приемника можно представит в виде

(3.19)

При пороговой чувствительности па выходе приемного приемника необходимо обеспечить отношение сигнал/шум равное 1, следовательно, можно записать

(3.20)

Если теперь мощность сигнала приведем ко входу, то определим пороговое значение мощности сигнала, которое и определяет пороговую чувствительность приемного устройства

(3.21)

Зная пороговую чувствительность приемника, можно определить, и реальную чувствительность, если задаться требуемым отношением сигнал/шум на выходе

(3.22)

Указанные формулы определяют пороговую и реальную чувствительность, выражая ее через номинальные мощности. При желании перейти к ЭДС необходимо пользоваться следующими формулами

,(3.23)

Следовательно, зная коэффициент шума 4-полюспнка, относительную шумовую температуру антенны мы можем определить как пороговую, так и реальную чувствительность приемного устройства.

Коэффициент шума каскадного соединения 4-полюсника

Знание коэффициента шума позволяет нам не только определить пороговую или реальную чувствительность приемного устройства, но и позволяет выявить основные тенденции построения приемных устройств с целью достижения максимальной чувствительности приемного устройства. С этой целью рассмотрим каскадное соединение нескольких 4-полюсников.

Рис. 3. 5

Каскадное соединение двух 4-полюсников можно представить в виде. Для каждого из указанных 4-полюсников известны коэффициент шума, коэффициент усиления по мощности и энергетическая полоса пропускания. Значения этих показателей показаны на схеме для каждого из 4-полюсников.

Нам необходимо определить основные параметры для 4-полюсника, образованного каскадным соединением указанных 4-полюсников.

Коэффициент усиления по мощности каскадного соединения двух 4-полюсников определяется как .

Что касается энергетической полосы пропускания указанной схемы, то первоначально необходимо определить результирующую амплитудно-частотную характеристику объединенного 4-полюсника за счет перемножения амплитудно-частотных характеристик указанных 4-полюсников, а затем по известной амплитудно-частотной характеристики определить энергетическую полосу пропускания обобщенного 4-полюсника.

Таким образом, определение двух указанных параметров не вызывает каких-либо сложностей.

Теперь остановимся на определении коэффициента шума обобщенного 4-полюсника.

Мощность шумов на выходе второго 4-полюсника можно представить следующим образом

, (3.24)

где ,

.

С учетом этих выражений мощность шумов на выходе каскадного соединения двух 4-полюсников можно представить

Если известны обобщенные параметры 4-полюсника (энергетическая полоса пропускания В, коэффициент усиления по мощности и коэффи-циент шумаШ), то можно определить мощность шумов на выходе следующим образом

(3.27)

Приравнивая выражение (3.26) к (3.27), получим

, (3.28)

откуда путем несложных преобразований получим

(3.29)

Во многих случаях можно считать, что , ипредыдущее выра-жение можно представить в упрощенном виде

(3.30)

Из полученного выражения следует, что для уменьшения общего коэффициента шума Ш необходимо, чтобы первый 4-полюсник обладал наименьшей величиной коэффициента шума и максимальным коэффици-ентом усиления по мощности. Чем больше коэффициент усиления первого каскада по мощности, тем меньше влияют шумы последующих каскадов.

Таким образом, при каскадном соединении необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициент усиления по мощности был максимальным.

Иногда для получения большого коэффициента усиления применяют непосредственное соединение двух активных элементов. Такое соединение принято называть каскодным.

К каскодным схемам с минимальным коэффициентом шума следует отнести схему ОЭ-ОБ. Каскодное соединение двух каскадов, у которого первый каскад выполнен по схеме каскада с общим эмиттером, а второй - по схеме каскада с общей базой, обладает наименьшим коэффициентом шума среди всех видов каскадно-соединенных усилителей. В этом случае каскад с общим эмиттером обеспечивает максимальное усиление по мощности, при этом коэффициент усиления по напряжению первого каскада близок к 1. Это связано с тем, что входное сопротивление каскада с общей базой равно 1/S, где S - крутизна транзистора. Таким образом, первый каскад работает на малое входное сопротивление и его коэффици-ент усиления по напряжению может быть определен .