Файл: Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие].pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 332

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Если антенна согласована с приемником, а потери энергии в фидере малы, то напряжение тепловых шумов антенны, действую­ щее на входе приемника, равно

 

с / ш . в х

=

^

= К Ш ? А - 2 Д / .

(2.19)

Мощность тепловых

шумов

антенны,

отдаваемая

приемнику,

при

выполнении условий

согласования

равна

 

 

Лп. ох =

 

 

=^j±

=

kT- 2Д/.

(2.20)

Эта величина называется номинальной мощностью шумов на

входе

приемника.

 

 

 

kT есть энергия тепловых шу­

В

формуле (2.20) произведение

мов антенны, отдаваемая приемнику на один герц его полосы про­ пускания. Номинальная мощность, отдаваемая приемнику, не за­

висит от типа приемной

антенны и ее конструкции. Она одинакова

для

всех

антенн.

 

 

 

 

 

4. Ламповые шумы

Шумы

электронных

ламп создаются

из-за неравномерного вы­

лета

электронов из катода, хаотического

перераспределения элек­

тронов между положительными электродами лампы, а также за

счет появления индуктированных токов в цепи

управляющей сет­

ки и других причин. В результате

указанных

причин количество

электронов, прилетающих к аноду,

непрерывно

изменяется (даже

при строго постоянных напряжениях на электродах лампы). Про­ цесс неравномерного вылета электронов из катода называется дро­ бовым эффектом.

Небольшие

беспорядочные изменения

анодного тока

лампы

создают на сопротивлении анодной нагрузки

шумовое напряже­

ние, которое

подается на управляющую

сетку

следующей

лампы

и усиливается вместе с полезными сигналами. Отсюда ясно, что наиболее вредное влияние на работу приемника оказывают шумы

его первой

лампы, так как они усиливаются наибольшим

числом

каскадов. Поэтому с точки зрения уменьшения внутренних

шумов

приемника

особо важное значение имеет правильный выбор пер­

вой лампы

приемника и режима ее работы.

 

Переменные составляющие шумового напряжения, возникаю­ щего на сопротивлении анодной нагрузки за счет флюктуации анодного тока, распределены по частотному спектру так же рав­

номерно, как и составляющие теплового

шума.

Ш у м о в о е с о п р о т и в л е н и е

у с и л и т е л ь н о й

л а м п ы

 

Для сравнения различных ламп по их шумовым свойствам ус­ ловились считать, что флюктуации анодного тока создаются на­ пряжением тепловых шумов, возникающим на воображаемом шу-

221

мовом сопротивлении Rmn, включенном между сеткой и катодом. Сама же лампа рассматривается как идеальная (нешумящая). Температура шумового сопротивления считается равной 290° К. Шумовое сопротивление, лампы рассчитывается теоретически и может быть определено экспериментально. Ориентировочная ве­ личина шумового сопротивления усилительного триода находится по формуле

Я ш . л « - ^ ,

(2-21)

где 5 — крутизна рабочего участка сеточной динамической харак­ теристики лампы.

Зная шумовое сопротивление лампы, легко определить напря­ жение ламповых шумов, действующее на ее сетке, по формуле

 

 

 

U U . „ = ±

V

R

~ W

,

(2.22)

где

£/ш .л — напряжение шумов

лампы,

действующее

на ее управ­

 

ляющей

сетке, мкв;

 

 

лампы, ком;

 

 

 

— шумовое

сопротивление

 

 

 

2Д/ — полоса

пропускания

приемника, кгц.

 

 

 

Поскольку в цепи сетки первой лампы приемника

всегда

имеет­

ся

входной контур,

то результирующее напряжение шумов на

сетке первой

лампы

определяется

по формуле

 

 

 

Uт.

р,з = ] / V u , T + £/ш.л =

-g- К ( Я . + Яш .л) • 2Д/.

(2.23)

Пример. На входе приемника включен контур, резонансное сопротивление которого #э =2000 ом. Шумовое сопротивление лампы R m n =250 ом. Опреде­ лить результирующее напряжение шума, которое окажет воздействие на прием­ ник, если его полоса пропускания 2Д/=1,2 Мгц.

Р е ш е н и е .

У ш . р ез = -g- V (2 + 0,25) 1200 = 6,4 мкв.

Реально напряжение шумов на сетке лампы будет

несколько

больше, так как к полученному результату добавится

еще неко­

торая часть шумов антенны.

 

С целью уменьшения внутренних шумов приемника

желатель­

но применять в его первых каскадах лампы с малым

шумовым

сопротивлением. Из усилительных ламп наименьшими

шумами об­

ладают триоды с повышенной крутизной характеристики. Шумо­

вое сопротивление

таких триодов измеряется сотнями ом.

С

увеличением

количества сеток в лампе шумы

ее возрастают

из-за

хаотического

перераспределения электронов

между сетка­

ми. Ориентировочно можно

считать, что уровень внутренних шу­

мов

у пентодов в три — пять

раз больше, чем у триодов.

222

Величина шумового сопротивления пентода, работающего в схеме усилителя, приближенно может 'быть найдена по формуле

где

/ а 0

— постоянная

составляющая

анодного

тока

лампы, ма;

 

Jg20—постоянная

 

составляющая

тока экранирующей сетки, ма;

 

S— крутизна

рабочего участка сеточной динамической ха­

 

Rm-n

рактеристики лампы, ма1в\

ком.

 

 

 

— шумовое

сопротивление

лампы,

 

при условии,

 

Формула (2.21)

получается из

формулы (2.24)

что

/g2 o=0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На практике часто встречаются схемы приемников, в которых

некоторые пентоды

работают в триодном

режиме. В этом случае

их

внутренние

шумы

оказываются

в три — пять

раз меньше, чем

при

пентодном

режиме.

 

 

 

 

 

 

Ш у м о в о е с о п р о т и в л е н и е

с м е с и т е л ь н о й

 

 

 

 

 

л а м п ы

 

 

 

 

Во всяком супергетеродинном приемнике имеется преобразо­ ватель частоты, состоящий из смесителя и гетеродина.

В качестве ламповых смесителей в радиолокационных приемни­ ках применяются диоды, триоды и пентоды. Многосеточные лам­ пы в качестве смесителей не применяются из-за большого уровня собственных шумов. Но и такие лампы, как триоды и пентоды, ра­ ботающие в режиме смесителя, имеют повышенный уровень вну­ тренних шумов по сравнению с шумами, которые они создают в режиме усилителя. Объясняется это прежде всего пониженным значением крутизны лампы, работающей в режиме смесителя. В этом случае величина шумов лампы определяется ее крутизной преобразования Snp, определение которой дано в § 11. Второй причиной повышенного уровня шумов смесителя является боль­ шая величина сеточных токов такой лампы. Поэтому эффект хао­

тического перераспределения

электронов

в

смесительной

лампе

выражен

более сильно.

 

 

 

 

 

Шумовое сопротивление триодного смесителя находят по фор­

муле

 

 

 

 

 

 

 

• ^ ш . л ^ - ? — I

 

 

(2.25)

где Rш . л

— шумовое сопротивление

лампы,

ком;

 

^пр — крутизна преобразования

лампы, ма/в.

 

Шумовое сопротивление пентодного смесителя находят по фор­

муле

 

 

 

 

 

 

 

Х ш . * * 1 - Т Т - 1 - Г - + 2 0

¥ - ) -

( 2 - 2 6 )

 

'ао + Jgw

\ Ь п р

 

$„р J

223

 

 

 

 

 

 

Если в качестве смесителя применяется многосеточная лампа (гептод), то ее шумовое сопротивление можно найти, пользуясь формулой

/ ? ш . д ^ 2 0 - ^^uo-ho)

t

( 2 2 7 )

'КО-Зпр

 

 

где /ко — постоянная составляющая тока

 

катода.

Шумовое сопротивление является условным и используется только для расчета напряжения шума лампы, приведенного к се­ точной цепи. Поэтому оно не изменяет входного сопротивления лампы и в нем нет потерь энергии полезного сигнала.

5. Шумы транзистора

Шумы транзистора возникают по различным физическим причи­ нам. Поэтому их делят на несколько составляющих. Основными из них являются: тепловой шум сопротивления базы, дробовой шум эмиттерного перехода и шум хаотического перераспределения ин­ жектированных носителей между коллектором и базой.

Напряжение теплового шума базы можно рассчитать по урав­ нению

£/ш.б = К 4 £ Г т в - 2 Д / ,

(2.28)

где г6 — объемное сопротивление базы.

инжек-

Дробовой шум обусловлен неравномерностью процесса

ции. Он пропорционален току эмиттера. Расчет дробового шума сложен и неточен.

Шум токораспределения зависит от хаотических явлений в кол­ лекторном переходе, ширина которого непрерывно меняется. В ре­ зультате этого возникают флюктуации в распределении носителей заряда между коллектором и базой. Шум токораспределения срав­ нительно невелик и им часто пренебрегают в расчетах.

6. Чувствительность радиолокационного приемника

Из рис. 2.14 ясно, что на экране индикатора уверенное обнару­ жение отраженного сигнала (цели) возможно только в том случае, когда его уровень на выходе приемника превышает уровень шума.

Минимально необходимое отношение мощности сигнала к мощ­ ности шума на выходе приемника называется коэффициентом раз­ личимости сигнала по мощности. Обозначим его тр .

Требуемая величина ур зависит от типа индикатора, тренирован­ ности наблюдателей и других факторов. Обычно гр = 1—9.

На входе приемника отношение сигнал/шум является наиболь­ шим. По мере прохождения сигнала к выходу приемника это от­ ношение уменьшается.

Число, показывающее, во сколько раз отношение мощности сиг­ нала к мощности шума на выходе приемника меньше, чем на входе, называется коэффициентом шума. Обозначим его Кш.

224

По определению

Рс. ВХ '

КШ=

р ш - " ' - ,

 

(2-29)

 

' с. вых

 

 

 

Рш. вых

 

 

где Я с . в х — мощность сигнала, отдаваемая приемнику

антенной или

измерительным генератором;

 

 

Ли.вх — мощность шумов,

отдаваемая

приемнику

антенной или

измерительным генератором;

 

 

Л:.вых — мощность сигнала

на выходе

приемника;

 

Ли.вых — мощность шумов на выходе приемника.

Коэффициент шума приемника определяется его входной цепью и двумя-тремя первыми каскадами, так как после них отношение сигнала к шуму практически не изменяется. В радиолокационных

приемниках

/Сш = 5—25. Чем меньше

Кш, тем лучше приемник.

В идеальном

(нешумящем) приемнике

/ С ш = 1 -

Понятие «коэффициент шума» применимо не только к приемни­ ку в целом, но и к его любому каскаду.

С учетом коэффициента шума приемника Кш и коэффициента различимости сигнала гр можно написать формулу для реальной чувствительности приемника по мощности.

Под реальной чувствительностью приемника по мощности пони­ мают наименьшую мощность сигнала на его входе, при которой на выходе УПЧ или видеоусилителя создается требуемое превышение уровня сигнала над уровнем шумов. Следовательно, минимально не­ обходимая мощность отраженных (полезных) сигналов на входе

приемника должна быть больше номинальной

мощности

входных

шумов в Кш^р раз, т. е.

 

 

 

 

 

' с. вх. мин

£ Г 2 Д / # ш Т р .

 

 

(2.30)

Поскольку испытания приемников производятся при комнатной

температуре

(Г = 290°К), формулу (2.30) можно написать

в сле­

дующем виде:

 

 

 

 

 

Л.вх.мИ ,1 =

4 - 1 0 - ^ ^ ш Т р 2 Л / )

 

 

(2.31)

г Д е Лг.вх.мин — реальная чувствительность приемника, мквт;

 

2А/—

полоса пропускания приемника,

кгц.

 

 

При измерениях чувствительности приемников вместо

коэффи­

циента различимости по мощности гр удобнее

пользоваться

коэф­

фициентом различимости по напряжению уел

под которым

пони­

мают отношение амплитуды выходного напряжения сигнала к сред­ ней амплитуде выходного напряжения шумов.

Легко показать, что

Ти=уг~^.

 

Тогда

формула для

реальной

чувствительности

приемника по

мощности

принимает следующий вид:

 

 

Р.. вх. мин = 4

• 10-12 Кш fv 2Д/.

(2.32)

Обычно ru = 1—3.

 

 

 

8—869

225

Смотрите также файлы