Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 [76] 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

Величина эквивалентной э.д.с. шума в сеточной цепи для пентодного смесителя определяется выражением

£,„,.= / 1 1 8.7/- i03\ 0,644/а • 4kTKAf

snrK / °s~npiK

(пентодный смеситель), (7-27)

где /а, /с2 и /к - величины анодного, экранного и катодного токов соответственно усредненные за период гетеродинного напряжения.

Эквивалентные шумовые сопротивления для триодного и пентодного смесителей могут быть определены из следующих выражений:

7?ш= (триодный смеситель); (7-28)

°ГЬпр

женные величины SIlp и S могут быть определены похарактеристикамлампы. Если предположить, что крутизна лампы линейно зависит от напряжения на сетке, когда оно больше напряжения отсечки, а также что исходное сеточное смещение равно напряжению отсечки, то для Snp и S получим:

SnP = if J \ (7-35)

(7-36)

8,7/с2а • 103 5ц7 к

:Vk......

(пентодный смеситель). (7-29)

Подставляя опять величины а = 0,88; Тк = 1 000° К; Т = 293° К, выражения (7-28) и (7-29) можно привести к более простому виду:

где S - наибольшая величина крутизны, получаемая при амплитудном значении напряжения гетеродина.

Подставляя (7-35) и (7-36) в (7-30) и (7-31), можно приближенно определить эквивалентные шумовые сопротивления триодных и пентодных смесителей:

Jt0

(триодный смеситель); (7-37)

2,55 "SI

U + U

(триодный смеситечь); (7-30) (пентодный смеситель),

304/са

(7-38)

2,55

где 7а

«пр/

(пентодный смеситель).

(7-31)

1 с 2 1 )

Дробовой шум в многоэлектродных смесительных лампах проявляется гораздо сильнее, чем в триодных или пентодных смесителях, поскольку в многоэлектродных лампах относительно меньшая доля полного тока лампы поступает на анод.

Эквивалентное шумовое сопротивление ыногоэлектродной смесительной лампы можно определить из приближенного выражения:

19/а(/к-/а)

(7-32)

где /к - полный катодный ток.

Крутизна преобразования смесителя с диодом, имеющим ломано-линейную характеристику, равна:

$„„ = - (диодный смеситель с ломано-линейной

v тс

аппроксимацией), (7-33)

где G - крутизна (проводимость) диода.

Дробовой шум ненасыщенного диода определяется выражением (7-14). Из этого выражения видно, что шумовое сопротивление на входе диода равное

. 0,644 тс Гк , Х.

«ш- "те- (диодный\смеситель с ломано-1 о,

наибольшая величина 7а при амплитудном значении напряжения гетеродина; наибольшая величина / , при тех же условиях.

Величины Rm в табл. 7-2 рассчитаны с использованием (7-37) и (7-38).

Наведенные шумы. Когда электроны, двигаясь к аноду, приближаются к сетке, в цепи сетки наводится положительный ток. Когда электроны удаляются от сетки к аноду, в цепи сетки наводится отрицательный ток. Дробовые флуктуации катодного тока поэтому будут вызывать флуктуации тока, наведенного в цепи сетки. Вследствие конечного времени пролета электронов в лампе наведенный в цепи сетки ток возрастает линейно с частотой. Поскольку наведенный в цепи управляющей сетки ток вызывается анодным током, шумовая составляющая тока пропорциональна шумовой составляющей анодного тока и приблизительно равна:

-«у

4kTKAf

0.644Sa

(7-39)

, . ПР линейной аппороксимациеи)

(7-34)

Для оценки шумов триодкых и пентодных смесителей необходимо знать крутизну преобразования Snp и среднюю за период гетеродинного напряжения крутизну S для данного типа лампы. Эти величины обычно не указываются в справочниках по лампам. Однако прибли-

где а - постоянная, зависящая от конструкции лампы. Поскольку лампа на высоких частотах обладает «пролетной» входной проводимостью, которая определяется тем же временем пролета (см. раздел 7-4з), то можно считать, что источником наведенного шумового тока является «пролетная» входная проходимость лампы. Тогда наведенный шумовой ток можно выразить следующим образом:

43 • 4ЙГК4/

(7-40)



где /?вх - входное сопротивление, ом, вызванное конечным временем пролег электронов (см. §7-4з).

Эквивалентная шумовая схема лампы, учитывающая дробовые и наведенные шумы, приведена на рис. 7-10. В реальной схеме необхо-


Рис 7-10. Эквивалентная шумовая схема лампы для расчета дробовых и наведенных шумов.

димо также учесть тепловые шумы полного сопротивления внешней цепи сетки (см. рис. 7-11). Если через Zz обозначить общее полное сопротивление цепи сетки, включающее сопротивление, связанное с конечным временем пролета, то шумовая э.д.с, вызванная наведенным то-том, будет равна-

(для усилителя).

гл.н - сш.н - /

43 (4ft 7 КД/)

(7-41)

Шумовой анодный ток, вызванный этим напряжением,

43 (4ft 7 КД/)

ш. а-------с - а/ п

(для усилителя). (7-42)

Выражения (7-41) и (7-42) справедливы и для смесительных ламп, если под г?вх полагать среднее сопротивление за период гетеродинного напряжения, а вместо S в выражении (7-42) использовать крутизну преобразования Snp.

На низких частотах ток, наведенный в цепи сетки, сдвинут по фазе на 90° (т. е. находится в квадратуре) относительно входного напряжения сигнала и анодного тока. Квадратурный ток эквивалентен емкости между сеткой и катодом. На более высоких частотах время пролета электронов от катода до сетки составляет заметную часть периода приложенного сигнала; при этом наведенный ток имеет составляющую, совпадающую по фазе с сигналом, и квадратурную составляющую, сдвинутую на 90°. Синфазная составляющая эквивалентна активной нагрузке #вх для входного сигнала. Если внешнее сопротивление в цени сетки имеет активный характер, то шумовой ток в анодной цепи, вызванный наведенными в цепи сетки шумами, будет сдвинут по фазе примерно на 90° по отношению к вызвавшим его первичным флуктуациям тока лампы. При этом полный шумовой ток в анодной цепи будет равен квадратному корню из где /ш.„ -су"цмы квадратов дробового анодного тока и шумового анодного тока, вызванного наведенными в сеточной цепи шумами. На очень высоких е -

частотах фазовый сдвиг наведенною тока по отношению к приложенному ко входу сигналу Ув

будет настолько отличаться от 90°, что сложение дробовых и наведенных шумов вызовет заметное Д/ -

увеличение шумов анодного тока. Надлежащим

выбором фазовых соотношении теоретически можно добиться ослабления шумов анодного тока за счет частичной компенсации обеих шумовых составляющих.

Сравнение выражений для дробового и наведенного шума [уравнения (7-15) и (7-42)] показывает, что на высоких частотах наведенные шумы могут превышать дробовые шумы.

1.Мерцательные шумы (флик-к е р-э ф ф е к т). Электронная эмиссия с поверхности катода непрерывно изменяется по всей поверхности вследствие испарения материала катода, диффузии, наличия примесей, бомбардировки катода ионами остаточных газов и других причин. Эти изменения эмиссии происходят со сравнительно низкой частотой 0-500 гц и получили название мерцательных шумов. На низких звуковых частотах интенсивность этих шумов может в несколько раз превышать интенсивность дробовых шумов. Мерцательные шумы особенно заметны в лампах с оксидными катодами.

Мерцательные шумы в отличие от дробовых шумов могут быть ослаблены путем тщательной обработки катодов и поэтому не являются основной причиной, ограничивающей чувствительность усилителей.

2. Шумы вторичной эмиссии. При ударе достаточно быстрых электронов или ионов о какую-либо поверхность каждый из них может выбить из этой поверхности один или несколько электронов. Это явление называют вторичной эмиссией, поскольку электроны эмит-тируются поверхностью только при ударах других электронов или ионов. Отношение числа вторичных электронов к числу первичных зависит от типа поверхности и скорости первичных электронов и может изменяться от величины, меньшей 1, до 3 для чистых металлов и до 5-10 для поверхностей, состоящих из сложных щелочно-земсльных соединений. Отношение s вторичных к первичным электронам можно выразить как

среднее число вторичных электронов

среднее число первичных электронов = усиление тока эмигрирующим электродом.

(7-43)

Флуктуации эмиссии вторичных электронов создают шумовую составляющую тока лампы подобно флуктуациям термоэлектронной эмиссии накаленного катода. Если вторичные электроны не образуют пространственного заряда, как, например, в фотоэлектронных умножителях и других приборах, использующих вторичную эмиссию для усиления тока, то шумовая составляющая тока вторично эмигрирующего электрода равняется:

/ш.в= /2е/вД/,

(7-44)

эффективное значение шумового тока, вызванного флуктуация ми вторичной эмиссии, а; заряд электрона, равный 1,60 X Х10"1» к; - постоянная составляющая тока вторичной эмиссии, а; полоса частот, в которой измеряется шум, гц.



Поскольку усиление тока электродом равно S, то шумовой ток, достигающий электрода, усиливается в s раз. Эффективное значение полного шумового тока вторичной эмиссии /ш равно:

L = Vrlm s* + 2eraiAfs, (7-45)

где U.m - эффективное значение шумового тока, созданного первичными электронами;

/а1 - среднее значение тока первичных электронов. Если ток первичных электронов определяется выражением (7-44), как это имеет место в фотоумножителях, то (7-45) приводится к виду:

Гш= Т2е/а1Д/ (ss + s) (7-46)

ч определяет шумовой ток первого электрода вторичной эмиссии. Если соединить каскадно п таких электродов, то полный шумовой ток анода будет равен:

]ш = YileIJsn (sn + s"-1 + s""3 + ... + s + 1 .

(7-47)

Поскольку анодный ток в s" раз превышает ток первичных электронов, (7-47) может быть переписано в виде:

/ш = У 2г/аЛ/(~) , (7-48)

где /а - средний анодный ток, а.

3. И о н н ы е шумы. Электроны, движущиеся от катода к аноду с достаточной скоростью, способны ионизировать остаточные молекулы газа при столкновениях с ними. Освобождаемые при этом электроны движутся к аноду и добавляются к анодному току. Положительные ионы, образующиеся из молекул газа, потерявших электроны, притягиваются к сетке. Тогда во внешней сеточной цепи возникает поток электронов, движущихся к сетке для нейтрализации заряда ионов газа. Этот электронный ток создает на сопротивлении цепи сетки положительное падение напряжения. Поскольку столкновения газовых молекул с электронами имеют случайный характер, анодный и сеточный токи, создаваемые этими столкновениями, становятся источниками дополнительных шумов. Интенсивность таких шумов зависит от числа возникающих ионов, которое в свою очередь зависит от тока лампы и числа оставшихся в лампе молекул газа. Поскольку положительные ионы собираются сеткой, величину шума, возникающего при образовании таких ионов, можно связать со средним током сетки, создаваемым положительными ионами. Удобно считать, что источником ионного шума является дополнительное шумовое сопротивление в цепи сетки, тепловые шумы которого вызывают в анодной цепи такие же шумы, какие создаются в результате образования ионов. Величина шумового сопротивления равна х

\ / 4/ . 104\

74\=[207 + )/с, (7-49)

К. Spangenberg, Vacuum tubes, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1948.

где R - активное сопротивление внешней цепи сетки;

/а - постоянная составляющая анодного тока;

7С - постоянная составляющая сеточного тока, вызванная положительными ионами;

S - крутизна лампы по управляющей сетке, а/в.

Для расчета полной эквивалентной э.д.с. шума в цепи сетки, вызываемой как дробовыми, так и ионными шумами, оба эквивалентные шумовые сопротивления 7? и Rm нужно считать соединенными последовательно. Шумовая составляющая анодного тока, вызванная ионными шумами, равна

/ш. » = S У 4kTbfu(wR\ + 4 • 10* Щ .(7-50)

7-2и. Шумы магнитных флуктуации. Магнитные материалы не имеют однородной и непрерывной структуры, скорее можно считать, что они состоят из множества элементарных магнитных частиц. Если такой материал подвергается намагничиванию, то у отдельных частиц проявляются случайные отклонения скорости намагничивания. Когда такой материал попеременно подвергается намагничиванию и размагничиванию, то возникают флуктуации плотности магнитного потока, создаваемого в магнитном материале. Если этот поток пронизывает катушку, то в ней наводится шумовая э.д.с, соответствующая флуктуациям магнитного потока в материале. Возникающие таким образом шумы называют шумами магнитных флуктуации или эффектом Баркгаузена.

Примером магнитных флуктуации в приемнике могут служить шумы, наводимые в рамочной антенне магнитным потоком сердечника силового трансформатора. Наведенные таким образом в антенне шумы могут ограничить чувствительность приемника.

7-2к. Отношение сигнал/шум и коэффициент шума. Отношение величин сигнала и шума обычно обозначается как С/Ш. В определении этой величины нет достаточного однообразия и стандарта. В различных случаях имеют в виду отношение либо эффективного напряжения сигнала к эффективному напряжению шума, либо пикового напряжения сигнала к пиковому напряжению шума, либо в импульсных радиолокационных системах отношение пиковой мощности сигнала к средней мощности шума. Поэтому, когда говорится об отношении С/Ш, следует пояснять, о каком именно отношении идет речь.

Отношение сигнал/шум само по себе не определяет влияние шумов отдельного каскада, усилителя или приемника в целом на принимаемый сигнал и, следовательно, не может служить показателем качества аппаратуры. Для оценки шумовых свойств аппаратуры в последние годы широко используется коэффициент шума. Этот показатель шумовых свойств четырехполюсника был введен Фрисом 1. Коэффициент шума непосредственно сравнивает шумы, получаемые на выходе четырехполюсника, с теми шумами,

1 Proc. IRE, July 1944, p. 419.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 [76] 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0022