Коэффициент избыточного шума

Не путать с избыточным коэффициентом шума лавинного фотодиода или другого фотоприемника с внутренним усилением.

В электронике коэффициент избыточного шума — это характеристика генератора шума, такого как «шумовой диод», который используется для измерения шумовых характеристик усилителей . Метод Y-фактора является распространенным методом измерения для этой цели.

При использовании шумового диода выходной шум усилителя измеряется с использованием двух входных уровней шума , а путем измерения выходного коэффициента шума (обозначаемого Y ) можно определить коэффициент шума усилителя без необходимости измерения коэффициента усиления усилителя .

Фон

Любой усилитель генерирует шум. В радиоприемнике первая ступень доминирует над общим шумом приемника, и в большинстве случаев тепловой шум, или шум Джонсона , определяет общие шумовые характеристики приемника. По мере уменьшения размера радиосигналов шум на входе приемника будет определять нижний порог того, что можно принять. Уровень шума определяется расчетом шума в 50 Ом резисторе сопротивлением на входе приемника следующим образом:

P _ср = kTB

где:

k = постоянная Больцмана = 1,38 × 10 ⁻²³ Дж / К

Т = Температура

B = пропускная способность

Таким образом, приемники с узкой полосой пропускания имеют более высокую чувствительность, чем приемники с большой полосой пропускания, а входной шум можно уменьшить за счет охлаждения входного каскада приемника.

Шумовой диод — это устройство, имеющее определенный коэффициент избыточного шума (ENR).

Когда диод выключен (без питания), его шум будет тепловым шумом, определяемым приведенной выше формулой. Используемая полоса пропускания соответствует полосе пропускания приемника.

Когда диод включен (питается), его шум будет увеличиваться по сравнению с тепловым шумом на коэффициент избыточного шума диода. Этот показатель может составлять 6 дБ для тестирования усилителя с усилением 40 дБ и 16 дБ для усилителя с меньшим усилением или более высоким уровнем шума.

Для определения коэффициента шума усилителя на входе усилителя используется шумовой диод и определяется выходной шум Y при включенном и выключенном диоде.

Зная Y и ENR, можно затем определить величину шума, вносимого усилителем, и, следовательно, рассчитать коэффициент шума усилителя.

Существуют и другие методы проведения этого измерения, но они либо требуют точных измерений импеданса, либо являются неточными.

Следующая формула связывает Y-фактор с ENR:

${\mathit {NF}}=10\log _{10}{\frac {10^{({\mathit {ENR}}/10)}}{10^{(Y/10)}-1}}$

Измерения

Измерения коэффициента шума можно выполнить с помощью шумового диода, источника питания для шумового диода и анализатора спектра . Их также можно измерить с помощью специального измерителя коэффициента шума . Преимущество измерителя коэффициента шума заключается в том, что он автоматически включает и выключает шумовой диод, давая непрерывные показания Y; его приемник также будет иметь правильную полосу пропускания для оптимального усреднения принятого шума. Однако точные измерения коэффициента шума возможны с помощью измерителя коэффициента шума и анализатора спектра.