Расчет значений действующих шумов в тракте обработки сигналов

 

Внешние помехи обычно зависят от параметров оптической системы и обусловлены как правило радиационным и фотонным шумами. Радиационные и фотонные шумы возникают вследствие статистического характера потока излучения, представляющего случайную совокупность потока квантов энергии электромагнитного поля.

Радиационные и фотонные внешние помехи при частотах менее 10¹⁰ Гц можно считать белыми шумами, мощность которых постоянна во всей области рассматриваемых частот.

 

W_Б.Ш(ω)=10^-3∙Ф_ФП= (Вт),                          (6.1)

 

Спектральная плотность мощности рeрадиационных и фотонных помех, приведенных ко входу в полосовой фильтр определяется выражением, справедливым для обоих случаев:

  (6.2)

 

Ко внутренним шумам, зависящим от параметров оптической системы, относятся шумы, генерируемые в самих фотоприемниках, и зависящие от протекающего в них тока. К ним относятся дробовые, токовые и генерационно-рекомбинационные шумы. Сюда же относятся тепловые шумы. Состав и количественные параметры спектральных плотностей мощности этих шумов зависят от типа применяемого фотоприемника. В общем виде спектральные плотности мощности перечисленных составляющих шумов представляются в виде:

 

,                                     (6.3)

 

где k_Др=1;

е – заряд электрона;

 - среднее значение тока на выходе фотоприемника;

                            (6.4)

где R_фп – внутреннее сопротивление теплового ФП, равно 100 Ом.

Отсюда

 

Вт,              (6.5)

 

,                                       (6.6)

 

    где k_ТОК=1;

    α=2;

    β=1.

Отсюда     

 (Вт),                              (6.7)

 

,                                    (6.8)

    где Т_н – среднее время жизни носителей заряда в полупроводниковых ФП;

    Т_н =  

    К_Г-Р=1,

Отсюда

 (Вт),                     (6.9)

 

 (Вт),              (6.10)

где k – постоянная Больцмана (1,38^.10^-23 Дж/к);

Т – температура фотоприемника, °К:

 

,                      (6.11)

 

Подставляя величины, получим:

(Вт).

 

Так как у нас в формуле имеются сравнительно малые величины, то мы ими можем пренебречь. Тогда

(Вт).

 

Спектральная плотность мощности шумов ФП, приведенная ко входу оптимального фильтра составляет

К внутренним помехам, не зависящим от параметров оптики, относятся шумы, генерируемые активными сопротивлениями нагрузочной цепи и в элементах электронного тракта усилителя. При этом достаточным бывает учитывать шумы, генерируемые в первом каскаде усилительного тракта. Именно здесь полезный сигнал имеет еще малые значения по сравнению с генерируемыми шумами. На входе в усилитель шумы нагрузочной цепи и первого каскада усилителя представляются в виде:

 (Вт),          (6.13)

где R_S – суммарное эквивалентное шумовое сопротивление элементов нагрузочной цепи и первого каскада усилителя, 100 Ом;

Т – температура элементов электронного тракта (Т=300°К).

Спектральная плотность мощности этих помех, приведенных ко входу в полосовой фильтр:

,            (6.14)

В этой формуле также пренебрегаем малыми числами.

Тогда

 (Вт).

 

Таким образом, определены все составляющие помехи и приведены ко входу полосового фильтра.

Тогда

,                         (6.15)

 

График зависимости действующих шумов  в тракте устройства обработки сигналов представлен в приложении А.