13.Формула Шотки. Измерительные шумовые генераторы.

Шумы лампового диода в режиме насыщения являются идеальной моделью дробового шума. Дробовые шумы появляются в результате того, что электрический ток есть движение отдельных электрических зарядов. Если на пути движения зарядов оказывается препятствие, в виде, например, потенциального барьера в лампах и п/п, то возникают импульсы тока, которые и обуславливают дискретную структуру тока, который и образует шум (моделью может служить шум дождя и др.).

Число электронов n, вылетающих из катода за время t подчиняется закону распределения Пуассона:

W_t(n) = (at)ⁿ/n! exp(-at),

a – константа, зависящая от конструкции катода.

Дробовый шум является белым до частот << 1/_a, где _a - время пролета промежутка катод-анод. Средний квадрат шумового тока определяется формулой Шотки и равняется:

I²_др = 2qI₀П_э = G(f)П_э,

где I₀ - постоянная составляющая тока диода,

q - заряд электрона.

В диапазоне, где спектральная плотность шума диода по­стоянна, экспериментально измеренная интенсивность дробо­вого шума хорошо совпадает с расчетной. Поэтому такой диод может быть использован как эталонный генератор шума (ГШ). Выпускают специальные шумовые диоды, которые используют в шумовых генераторах. Чтобы обеспечить режим насыщения, катод диода делают вольфрамовым, неактивированным. В этом случае ток диода не зависит от анодного напряжения, но зависит от температуры катода. В конструкции диода приняты меры к уменьшению емкостей и индуктивностей выводов, ко­торые могут «окрашивать» генерируемый белый шум. Обычно диод нагружают на стандартное добавочное сопротивление Rд = 50 или 75 Ом (1/Rд >>1/Ri), и выход генератора делают коаксиальным (соответственно 50 или 75-омным). В этом слу­чае мощность, отдаваемая в нагрузку

Если ток I₀ цепи анода измерять миллиамперметром, а ток накала сделать регулируемым, то показания миллиампер­метра будут пропорциональны мощности генерируемого шума.

Генераторы шумов на диодах в режиме насыщения работо­способны на частотах до 500 МГц. На более высоких частотах (в сантиметровом и миллиметровом диапазонах) в измеритель­ных стендах и приборах в качестве шумовых эталонов широкое распространение получили генераторы шума на трубках, запол­ненных аргоном. В обычном состоянии трубка прозрачна для СВЧ. Однако при возбуждении в ней плазменного разряда (путем высоковольтного пробоя с последующим подключением напряжения питания) горящую плазму можно рассматривать как горячее сопротивление, которое согласуют с коаксиальной или волноводной линией. На рис. 2.18 показан один из вари­антов установки шумовой трубки в Е-плоскость волновода (наклон трубки обеспечивает согласование). Такие приборы имеют шумовую температуру 18000...20000 К или (б0...70)T₀ в широком диапазоне частот. Мощность их шумов не может регулироваться изменением протекающего тока, поэтому на выходе ГШ необходим аттенюатор для регулировки выходной температуры:

,

В последнее время в качестве шумовых генераторов СВЧ получили распространение лавинно-пролетные диоды (ЛПД), способные генерировать шум с T_э до 10⁶ К в широкой полосе частот.

Широкое применение получили автоматические измерители коэффициента шума N, Тш экв и КСВ. В них используют принцип быстрого переключения на входе измеряемого прибора мощности генератора шума. Отсчеты снимаемые на выходе обрабатываются микропроцессорным устройством и преобразуются для воспроизведения на индикаторном устройстве.