9.6. Генераторы шумовых сигналов

Структурная схема ГШ соответствует обобщенной схеме рис. 9.1. В качестве измерительных устройств применяются измерители или (см. § 8.2). Осно­вными функциональными узлами, где формируется шумовой сигнал с заданными статистическими характеристиками, являются ЗГ и преобразователь. Рассмотрим схемные решения этих узлов, характерные для аналоговых и цифровых ГШ.

Аналоговые генераторы шума

Задающий генератор ГШ является первичным источником шума. Основными требованиями к первичным источникам шума аналоговых ГШ являются равно­мерность спектральной плотности мощности в заданной полосе частот, достаточ­ная величина выходного напряжения (мощности), а также постоянство и воспро­изводимость этих характеристик. Физическая природа флюктуации электрическо­го тока или напряжения весьма разнообразна. Это могут быть тепловое движение электронов (тепловой шум), конечная величина заряда электрона (дробовой шум), колебания электропроводности электрической цепи (контактный шум) и др. Многочисленны поэтому и источники шума, рассматриваемые в других кур­сах. В ГШ источниками шума являются чаще всего резисторы, вакуумные и по­лупроводниковые диоды, а также газоразрядные лампы.

Преобразователь придает шумовому сигналу какие-то заданные свойства и характеристики. Для этой цели применяют фильтры, НП, переносчики спектра и другие виды преобразователей. При помощи, например, фильтра с заданной АЧХ из белого шума можно получить стационарный случайный сигнал со спектраль­ной плотностью мощности, изменяющейся по соответствующему закону. С по­мощью НП решают три задачи: преобразование первичного шума в сигнал с за­данным распределением вероятностей, перенос спектра шумового сигнала в низ­кочастотную область и стабилизация мощности шума. Переносчики спектра, пред­ставляющие собой гетеродинные преобразователи частоты, также позволяют трансформировать спектр шумового сигнала в низкочастотную область.

Цифровые генераторы шума

Цифровые ГШ бывают двух разновидностей: с первичным источником ди­скретного шумового сигнала и с преобразованием исходного аналогового шумо­вого сигнала в дискретный. В последнем случае мы имеем аналого-цифровой ГШ.

Типичным примером первичного источника дискретного шумового сигнала является генератор бинарного шума — случайной последовательности биполяр­ных импульсов. Такой сигнал по своей природе имеет равномерный спектр вплоть до нулевой частоты. Основой генератора бинарного шума может являться, на­пример, триггер, управляемый от источника шума. С помощью ЦАП бинарный шум может быть преобразован в аналоговый шумовой сигнал с равномерным, распределением вероятностей, а с помощью дополнительных фильтров — в нор­мальный шум. В аналого-цифровых ГШ бинарный шум образуется из белого шу­ма путем квантования. Квантование производится в преобразователе ГШ и осу­ществляется одним из способов, известных из техники аналого-цифрового преоб­разования. С внедрением микропроцессоров появилась возможность использовать в качестве дискретных шумовых сигналов ПСП импульсов (см. § 9.4.2). Важным свойством генераторов ПСП является возможность периодического повторения, шумового рисунка.