Генераторы шумовых сигналов.

Шумовым сигналом называется совокупность одновременно суще­ствующих электрических колебаний, частоты и амплитуды которых носят случайный характер. Типичным примером шумового сигнала являются электрические флуктуации (случайные сигналы). Генераторы шума строятся на основе задающих генераторов, имеющих физические способы генерации шума.

Применение

Генераторы шума применяются в качестве источников флуктуационных помех при исследовании предельной чувствительности радиоприемных и усилительных устройств, в качестве калиброванных источников мощности при измерении напряженности поля или шумов внеземного происхождения, в качестве имитаторов полного сигнала многоканальной аппаратуры связи, для измере­ния нелинейных искажений и частотных характеристик радио­устройств с помощью анализа­тора спектра с постоянной по­лосой пропускания.

Основным требованием к генераторам шума является равномерность спектрального состава шумового сигнала в возможно большей полосе частот, от 0 до оо («белый» шум), а практически — от единиц герц до десятков гигагерц. Такой измерительный сигнал позволяет исследовать устройство или систему одновременно во всем диапазоне рабочих частот. В реальных генераторах «белый» шум получить невозможно, но для любого устройства, полоса пропускания которого во много раз меньше спектра шумового сигнала, последний можно считать «белым».

По диапазону генерируемых частот генераторы шума делятся на низкочастотные (20 Гц — 20 кГц и 15 Гц — 6,5 МГц); высокочастотные (1—600 МГц); сверх высокочастотные (500 МГц — 12 ГГц).

U(∆f)

Структурная схема

 

 

Основной узел шумового генератора – задающий генератор. Его сигналы должны иметь:

· равномерную спектральную плотность мощности по всей требуемой полосе частот (теоретически это белый шум)

· достаточное выходное напряжение (мощность) шумового сигнала

· неизменность и воспроизводимость характеристик шума во времени и при изменении внешних влияний

· заменяемость после истечения гарантийного срока работы без нарушения выходных параметров генератора

· описываться заданными вероятностными характеристиками:

o законом распределения вероятностей

o корреляционной функцией

o дисперсией или среднеквадратическим отклонением

В задающем генераторе используются физические явления, при которых возникают достаточно интенсивные шумы со статическими характеристиками и параметрами, поддающиеся математическому анализу.

Преобразователями служат усилители, нелинейные преобразователи, гетеродинные переносчики спектра, фильтры. Усилители должны иметь широкую полосу пропускания и усиливать без ограничения сигналы с большим отношением пикового значения напряжения к среднеквадратическому, т.е. иметь амплитудную характеристику, линейную в значительных пределах.

Основной элемент схемы выхода — калиброванный аттенюатор, характеризуемый строго определенными коэффициентами передачи, постоянными во всей полосе шумового сигнала.

Измерителями уровня сигнала служат квадратичные вольтметры, измеряющие среднеквадратическое значение выходного напряжения прибора, и измерители средней мощности шума.

Наибольшее распространение в качестве источников шума получили резисторы, вакуумные и полупроводниковые диоды, фотоэлектронные умножители и газоразрядные лампы.

Источники теплового шума.

1. Нагретый проволочный резистор – образцовый источник шума. Конструктивно резистор выполняется в виде вольфрамовой спирали, намотанной на керамический каркас, температура которой поддерживается постоянной.

2. Болометрический генератор шума. Болометр представляет собой вакуумный стеклянный баллон внутри которого натянута вольфрамовая нить.

Источники теплового шума использую в качестве образцовых генераторов шумовых напряжении, т.к. расчетные данные хорошо совпадают с арктическими результатами. В шумовых генераторах также применяются фотоэлектронные умножители, газоразрядные трубки шумовые диоды.