Відношення сигнал/шум і коефіцієнт шуму

Звичайно напруги шумів приводяться до входу підсилювача (хоча вимірювання звичайно провадяться на виході), тобто шуми джерела сигналу й підсилювача описуються через еквівалентні напруги шумів на вході, які могли б дати на виході спостережуваний шум. Це має сенс тоді, коли ви бажаєте оцінити відносний шум, доданий підсилювачем до шуму джерела сигналу, незалежно від коефіцієнта підсилення; це цілком практично, тому що основний шум підсилювача звичайно породжується вхідним каскадом. Якщо не застережене противне, напругу шуму завжди буде віднесено до входу.

Щільність потужності шуму й ширина смуги. При розгляді теплового й дробового шумів було показано, що величина обмірюваної напруги шуму залежить і від смуги частот вимірювання (чим ширше дивишся, тим більше бачиш), і від змінних параметрів (R і I) самого джерела шуму. Тому природно говорити про середньоквадратичну щільність напруги шуму _ш :

де Uшефф-середньоквадратична напруга шуму, обмірювана в смузі ширини В. У джерела білого шуму _ш не залежить від частоти, а рожевий шум, наприклад, має спад _ш в 3 дБ/октава. Часто використовується середнє значення квадрата щільності шуму ²_ш .

Відношення сигнал/шум. Відношення сигнал/шум (С/Ш) визначається по формулі

С/Ш=10lg(Uc²/Uш²) дБ,

де для напруг зазначені ефективні значення, а ширина смуги й деяка центральна смуга застережені, тобто це є відношення (у децибелах) ефективної напруги корисного сигналу до ефективної напруги наявного шуму. «Сигнал» може бути синусоїдальним, або несучою частотою з модуляцією, або навіть шумоподібним сигналом. Якщо сигнал має вузькополосний спектр, то істотно, у якій смузі виміряється відношення С/Ш, тому що воно падає, якщо смуга вимірювань стає ширше смуги, що містить спектр сигналу: з розширенням смуги енергія шуму збільшується, а енергія сигналу залишається постійної.

Коефіцієнт шуму. Будь-яке реальне джерело сигналу або вимірювальний прилад генерує шум через наявність теплового шуму у внутрішньому опорі джерела (реальна частина комплексного повного опору). Звичайно, можуть бути й додаткові джерела шуму від інших причин. Коефіцієнт шуму (КШ) підсилювача - це просте відношення в децибелах вихідного сигналу реального підсилювача до вихідного сигналу «ідеального» (безшумного) підсилювача з тим же коефіцієнтом підсилення; вхідним сигналом в обох випадках є тепловий шум підключеного до входу підсилювача резистора:

де ²_ш -середній квадрат напруги шуму на герц, що дається підсилювачем з безшумним (холодним) резистором R_и на вході.

Температура шуму. Іноді замість коефіцієнта шуму для вираження шумових характеристик підсилювача використовується температура шуму. Обидва способи несуть ту саму інформацію, а саме додатковий внесок у шум підсилювача, збуджуваного джерелом сигналу з повним опором К_И; у цьому змісті вони еквівалентні.

Гляньте на рис. 9.3,9.4, щоб зрозуміти, як працює температура шуму: спочатку уявимо собі, що є реальний (шумливий) підсилювач, підключений до безшумного джерела з повним опором R_и (мал. 9.3). Якщо ви утрудняєтеся представити безшумне джерело, уявите резистор з опором R_и, охолоджений до абсолютного нуля. Однак, хоча джерело й безшумне, на виході буде деякий шум,

Рис. 9.3	Рис. 9.4

оскільки підсилювач має шуми. Тепер представте конструкцію рис. 9.4, у якій ми чарівним образом зробили підсилювач безшумним і привели джерело Rи до деякої температури Т_ш такий, що вихідна напруга шуму сталася таким же, як а на рис. 9.3. Т_ш називається температурою шуму даного підсилювача для повного опору джерела R_И.