Вопрос 2. Собственные шумы в каналах и трактах АСП
Воздействие помех сказывается на работе всех видов МСП — и цифровых и аналоговых. Однако последние, как будет показано ниже, гораздо «чувствительнее» к действию помех по крайней мере по двум причинам. Во-первых, в силу аналогового характера сигнала невозможно решить на приемной стороне, является ли принятая реализация сигнала обусловленной совместным действием источника сигнала и помехи или действием только источника сигнала. Во-вторых, в аналоговых системах действует принцип накопления помех, при котором любая помеха, образованная в любой точке тракта передачи и совпадающая по спектру с полезным сигналом, обязательно пройдет на выход тракта, где сложится с другими источниками помех.
Собственные шумы включают в себя тепловые шумы в резисторах (возникают благодаря беспорядочному движению свободных электронов) и флуктуационные шумы, возникающие в усилительных элементах.
Движение электронов в теле резистора вызывает хаотическое протекание тока, электрическая энергия которого преобразуется в тепловую, что приводит к нагреванию резистора. В свою очередь тепловая энергия из окружающей среды вызывает изменение электрического тока в резисторе. В состоянии термодинамического равновесия, как показывают расчеты, действующее значение электродвижущей силы , возникающей на зажимах резистора, равно
,
где – постоянная Больцмана =1,38 Дж/(Гц∙град);
– полоса частот, в пределах которых определяется шум, Гц;
Т – абсолютная температура (по Кельвину).
Исходя из этого любое шумящее сопротивление можно представить в виде соединения идеального нешумящего сопротивления и шумового генератора тока или напряжения (рисунок 1).
Рисунок 1 – Возможные схемы замещения резистора
К шумящим усилительным элементам относятся также электронные лампы и транзисторы. Шумы в электронной лампе проявляются как случайные изменения (флуктуации) анодного тока. В триодах основной причиной флуктуации анодного тока является эффект неравномерного испускания электронов катодом лампы (дробовой эффект).
Шумы в биполярных транзисторах (БТ) обусловлены дробовым эффектом (флуктуации эмиттерного тока) и шумом токораспределения (распределение тока эмиттера на базовый и коллекторный). Источником шума в транзисторах является также сопротивление базы.
Для анализа линейных шумящих цепей в общем случае необходимо выполнить следующие операции.
1. Реальный шумящий элемент цепи заменяют нешумящим, соединенным с эквивалентным шумовым генератором (рисунок 1).
2. Принимая во внимание, что цепь линейна, а шумовые генераторы являются источниками малого сигнала, полагают, что анализ подчинен законам теории линейных электрических цепей. При этом все шумовые генераторы пересчитывают в заданное место цепи. Учитывая взаимную зависимость или независимость шумов, осуществляют сложение всех шумов в этом сечении и находят суммарный шумовой ток (напряжение). В это же место пересчитывают и полезный сигнал.
3. На основе расчета шума и полезного сигнала в нужном сечении подбирают оптимальную структуру цепи таким образом, чтобы обеспечить максимальное отношение сигнал/шум.
Для расчета и подбора оптимальной цепи прохождения сигнала приходится по многу раз (особенно для сложных схем) пересчитывать источники шума и полезного сигнала в нужное сечение. Поэтому общий метод анализа шумящих цепей чаще применяется для сравнительно простых электрических схем. Для оценки шумов сложных многокаскадных устройств целесообразно ввести обобщенную оценку шумов, которую называют коэффициентом шума.
Дата добавления: 2016-01-30; просмотров: 1697;