коэффициент шума транзистора что это

Шумы и помехи

Шумы и помехи одинаково мешают осуществлять прием удаленных сигналов, наслаждаться высококачественной музыкой, просматривать фото и видео. Шумы образуются внутри радиоэлектронного устройства (телевизора, радиоприемника, сотового телефона или фотоаппарата). Помехи отличаются от шумов тем, что поступают в радиоэлектронное устройство извне.

Рисунок 1. Основные цепи, на которые воздействуют помехи

На рисунке 1 показаны основные цепи, на которые воздействуют помехи. Конечно, основным приемником помех является вход усилителя. Именно отсюда осуществляется усиление сигнала. И если помеха наведется на вход усилителя, то она будет усилена, и в дальнейшем ее будет очень сложно отделить от полезного сигнала.

Не менее опасным с точки зрения помех являются цепи питания. При этом помехи могут, как образовываться в самих источниках вторичного питания, так и наводиться на соединительные провода. В этом смысле в качестве приемника помех могут служить цепи общего провода. При протекании по ним токов от различных блоков образуется падение напряжения, которое может воздействовать на высокочувствительные узлы устройства.

Основные источники помех:

Магнитное поле воздействует в основном на индуктивные элементы, такие как катушки индуктивности, дроссели или электродинамические микрофоны. При больших интенсивностях магнитного поля оно будет наводить токи помех и на соединительных проводах, в том числе и на цепях питания транзисторов и микросхем.

Электрическое поле по характеру своего воздействия на элементы радиоэлектронной аппаратуры похоже на магнитное поле, но в отличие от магнитного поля, электрическое наводит напряжение или потенциал помехи.

Радиоволны по своему характеру являются электромагнитным полем, поэтому могут наводить на элементы радиоэлектронной схемы, как токи, так и напряжения. Борьба с данным видом помех наиболее сложна, так как токи высокой частоты могут проникать глубоко в экранирующие материалы.

При протекании тока по омическому или индуктивному сопротивлению на нем возникает падение напряжения. В радиоэлектронных устройствах часто одновременно присутствуют мощные блоки или блоки с повышенным уровнем помех и высокочувствительные блоки. Обычно они питаются от одного и того же источника тока. Однако сопротивление корпусного проводника хоть и мало, все же обладает сопротивлением, на котором возникает падение напряжения.

Так как этот же проводник подключен к блоку с высокой чувствительностью, то помеха может проникнуть на выход этого блока. Это означает, что к конструктивному исполнению цепей питания обычно предъявляются повышенные требования.

Учитывая огромное разнообразие возникновения помех в радиоэлектронном устройстве, существует огромное многообразие методов борьбы с помехами. Это и технические и организационные методы борьбы с помехами. Помехи можно подавлять по месту их возникновения и не допускать их проникновение в электрические цепи радиоэлектронного устройства. Обычно при рассмотрении вопроса борьбы с помехами рассматривают технические методы уменьшения уровня помех на выходе устройства.

Технические методы уменьшения помех:

Шум отличается от помех тем, что возникает внутри радиоэлектронного устройства. В качестве источника шума служат радиоэлементы, из которых оно собрано. Основными источниками шума являются следующие элементы:

Шумы усилителя

Шум усилителя определяется в основном шумом транзисторов, которые входят в его состав. Рассмотрим основные составляющие шума транзистора. В качестве примера рассмотрим распределение шума по частоте для полевого транзистора с p-n переходом.

Для того, чтобы можно было сравнивать усилители с разными коэффициентами усиления, шум всегда приводят ко входу схемы. При этом напряжение и ток представляют различными источниками, как это показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Эквивалентные источники шума

Характеристики приведенных ко входу источников шумового напряжения e_n и тока i_n для транзистора в звуковом диапазоне частот обычно частотно-независимы. Их типовые частотные характеристики приведены на рисунке 3.

Рисунок 3. Кривая шума полевого транзистора с pn-переходом

Входное шумовое напряжение при нулевом сопротивлении источника сигнала и за диапазоном фликкер-шумов 1/f можно определить следующим образом:

где постоянная Больцмана;
T — температура в градусах Кельвина;
Δf — полоса частот в Гц;
— эквивалентное шумовое сопротивление.

Шумовое напряжение транзистора достаточно точно аппроксимируется формулой теплового шума (шум Джонсона). Оно возникает на омическом сопротивлении канала полевого транзистора. Отклонение от этой зависимости наблюдается на частотах ниже 100 Гц. Это связано с проявлением фликкер-шумов.

Фликкер-шум возникает из-за неоднородности кристаллической решетки полупроводника и поверхностных эффектов. Он проявляется в случайной флуктуации проводимости. В области фликкер-шумов формула определения напряжения шума видоизменяется следующим образом:

где n изменяется от 1 до 2 в зависимости от конкретного экземпляра транзистора.

Источник шумового тока генерирует ток i_n, который можно определить следующим образом:

где заряд электрона;
I_З — ток затвора, измеренный на постоянном токе (А);
Δf — полоса частот (Гц).

Выражение будет точно описывать шум, если ток затвора транзистора определяется только объемной проводимостью полупроводника. Проводимость может увеличиться из-за загрязнений при подключении кристалла к выводам корпуса.

На высоких частотах, в области дробовых шумов (см. рисунок 3), i_n приблизительно равен тепловому току шума, генерируемому на резисторе:

где реальная часть входного импеданса;

Точка перегиба частотной характеристики f₂ на рисунке 3 зависит от партии транзисторов и конкретного экземпляра. Она может меняться от 5 кГц до 50 кГц.

Коэффициент шума транзистора

Коэффициент шума F определяет увеличение шума, приведенного к входу транзистора, по сравнению с шумом, генерируемым на внутреннем сопротивлении источника сигнала. Формула для коэффициента шума определяется следующим образом:

В данной формуле используется значение мощности шумов, приведенное к входу транзистора. С учетом выражений (1) и (3) выражение определения коэффициента шума транзистора принимает вид:

Коэффициент шума показывает, насколько увеличивается шум на выходе транзистора. Его обычно выражают в децибелах при заданном сопротивлении источника сигнала Rг.

Если сравнивать параметры полевого и биполярного транзистора в области звуковых частот по коэффициенту шума, то полевой транзистор проиграет из-за влияния сопротивления источника сигнала Rг. Поэтому при определении шумовых характеристик полевого транзистора с p-n переходом лучше пользоваться e_n и i_n. Когда наиболее критичным параметром усилителя является его шум, производится выбор значения сопротивления источника сигнала с точки зрения минимизации шума.

У биполярного транзистора значения e_n и i_n сильно зависят от тока коллектора. У полевого транзистора зависимость шума от тока стока проявляется незначительно.

Минимальное значение напряжения шумов e_n полевого транзистора достигается при нулевом значении напряжения затвор-исток, так как при этом напряжении достигается максимальное значение крутизны переходной характеристики транзистора. Данное утверждение будет верно только при условии, что рассеиваемая на транзисторе мощность будет незначительна по сравнению с предельным значением.

На рисунке 4 показана зависимость напряжения шумов e_n от изменения тока стока транзистора. Обратите внимание на значительную зависимость e_n от тока коллектора для биполярных транзисторов и небольшое ее изменение для полевых транзисторов.

Рисунок 4. Кривая шумового напряжения полевого транзистора с pn-переходом

Аналогично шумовому напряжению, минимальный шумовой ток полевого транзистора должен достигаться при нулевом значении напряжения затвор-исток. На практике отмечается очень слабая зависимость i_n от положения рабочей точки полевого транзистора. На рисунке 5 показаны зависимости шумового тока в зависимости от тока стока. На этом же рисунке для сравнения приведены кривые тока i_n для биполярного транзистора, показывающие резкое изменение этого параметра в зависимости от тока коллектора.

Рисунок 5. Кривая шумового тока полевого транзистора с pn-переходом

При выборе транзистора для первого каскада очень важно определить необходимый коэффициент шума, а он зависит от тока коллектора, сопротивления источника сигнала и конкретного типа транзистора. Зависимость коэффициента шума от сопротивления источника сигнала для биполярного и полевого транзисторов приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Зависимость коэффициента шума от сопротивления источника на частотах 10 Гц и 1 кГц

Как видно из данных графиков в области звуковых частот и небольших значений сопротиления источника сигнала некоторое преимущество имеют биполярные транзисторы, однако при большом сопротивлении источника сигнала неоспоримое преимущество получают полевые транзисторы.

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Шумы и помехи» читают:

Амплитудная характеристика Одним из наиболее важным параметров радиоэлектронного устройства является его амплитудная характеристика.
https://digteh.ru/Sxemoteh/LinPar/AmplHar/

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник

ШУМЫ ТРАНЗИСТОРОВ

Основными составляющими собственных шумов транзисторов являются тепловые, дробовые и избыточные шумы.

Тепловые шумы определяются хаотическим тепловым движением носителей заряда в объеме полупроводника или проводника. В результате на концах проводника, обладающего определенным сопротивлением, действует случайная флуктуационная ЭДС, которая называется ЭДС теплового шума Е_шт. Тепловые шумы имеют равномерный частотный спектр (белый шум) и оцениваются среднеквадратичной ЭДС шума:

В транзисторах тепловые шумы в основном определяются объемным сопротивлением базы, так как объемное сопротивление эмиттера и коллектора мало за счет большой концентрации носителей в них.

Среднеквадратическая ЭДС теплового шума транзистора

где r_б — объемное сопротивление базы.

Дробовые шумы определяются неравномерностью во времени плотности потока носителей заряда коллекторного, эмиттерного и базового токов. ЭДС дробовых шумов складывается из шумов, вносимых переходами эмиттер — база и коллектор — база:

где q— заряд электрона, r_э — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода; I_Э — ток эмиттера; I_ЭБ0 —обратный ток эмиттера.

На коллекторном переходе ЕДС дробовых шумов в основном зависит от обратного тока коллектора I_КБ0

где r_К—дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.

Шумовые свойства транзисторов характеризуются коэффициентом шума К_ш. Коэффициентом шума называется отношение полной мощности шумов в выходном нагрузочном сопротивлении к той его части, которая вызвана тепловыми шумами внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент шума показывает, во сколько раз ухудшается отношение сигнала к шуму при прохождении сигнала через транзистор:

K_ш= , (10.3)

где Р_вх и Р_вых — входная и выходная мощности полезного сигнала; Р_шт — мощность тепловых шумов на входе, которая определяется термическими шумами сопротивления источника сигнала R_r:: P_{ш полн} — полная мощность шума на выходе. При согласованной нагрузке по входу, когда Р_r = Р_вх, мощность тепловых шумов на входе Р_шт = E 2 _штR_r/(R_r + R_вх) 2 или Р_шт= E 2 _шт/4R_г. Так как E 2 _шт=4kTR_гП_ш. Тогда

= = , (10.4)

где К_р — коэффициент усиления по мощности.

Коэффициент шума обычно выражают в децибелах

=10 K_ш (10.5)

Рис. 10.2. Зависимость коэффициента шума от частоты

Для высокочастотных транзисторов коэффициент шума является одним из основных параметров; его значение приводится в справочниках для комнатной температуры (25° С) и определенного значения сопротивления генератора (для биполярных транзисторов обычно при R_r = 600 Ом). Так, например, транзисторы типа КТ3102Д и КТ3102Е имеют коэффициент шума на частоте 1 кГц, равный 4 дБ, при сопротивлении источника сигнала R_r= 2 кОм. Транзисторы КТ382А имеют коэффициент шума на частоте 400 МГц меньше или равный 3 дБ при R_r=750 Ом.

В области равномерного спектра шума шумы транзистора складываются из тепловых шумов сопротивления базы и дробовых шумов эмиттерного перехода. Рост уровня шумов транзистора на высоких частотах в основном определяется шумами токораспределения (падением коэффициента передачи по току h_21б, увеличением тока базы и связанными с этим рекомбинационными флуктуациями).

Шумы в полевых транзисторах включают в себя все три составляющие: тепловой, дробовой и избыточный. Тепловой шум вызывается колебаниями носителей в проводящей среде в условиях теплового равновесия и по своей природе аналогичен шуму омического сопротивления. Дробовой шум является следствием дискретности носителей заряда и хаотичности их образования. На низких частотах наиболее важной составляющей является избыточный шум, удельная мощность которого обратно пропорциональна частоте. Чаще всего избыточный шум связан с изменением электрических свойств материала, возникающего из-за определенных физико-механических явлений. Избыточный шум имеет существенное значение только на очень низких частотах. Как правило, эти шумы гораздо меньше, чем у биполярных транзисторов. Кроме того, у полевых транзисторов отсутствует составляющая шума, связанная с генерационно-рекомбинационными процессами, поэтому основной составляющей являются тепловые шумы в токопроводящем канале.

Коэффициент шума полевых транзисторов зависит от сопротивления источника сигнала R_r и частоты. Зависимости коэффициента шума от этих параметров для некоторых типов транзисторов приведены на рис. 10.3 и 10.4

Коэффициент шума полевых транзисторов зависит от режима работы. С увеличением напряжения смещения на затворе он увеличивается, что обусловлено уменьшением крутизны полевого транзистора. Оптимальным режимом для полевых транзисторов является режим малых напряжений на затворе и стоке. Коэффициент шума имеет значительную зависимость от температуры, он резко возрастает с увеличением температуры выше 300 К (27° С).

Источник

Коэффициент шума. Теория и практика измерений. Часть 1

Введение

Чем более слабые сигналы приходится обрабатывать в цифровых системах связи, тем большее значение приобретают такие параметры, как уровень бит-ошибок, который непосредственно зависит от чувствительности тракта обработки сигнала и, конечно, коэффициента шума. Из перечисленных параметров коэффициент шума интересен в том плане, что его можно использовать не только как критерий оценки работы всей приемной системы в целом, но и как ключевую характеристику отдельных СВЧ-компонентов, таких как усилители и смесители, которые образуют эту систему. Если разработчик контролирует коэффициент шума и усиление отдельных каскадов приемной системы, то это означает, что он контролирует всю систему в целом. Если величина коэффициента шума известна, то рассчитать чувствительность всей системы, зная полосу обработки сигнала, не составит труда. Именно коэффициент шума — это зачастую тот параметр, который выгодно отличает одно приемное устройство от другого, один усилитель от другого, один транзистор от другого. Тот факт, что без использования понятия коэффициента шума сегодня сложно представить спецификацию на приемное устройство, подразумевает, что точность и повторяемость измерения данного параметра особенно важны при разработках и производстве СВЧ-устройств.

Измерение шумов некого электронного устройства — важная процедура для минимизации шума, генерируемого этим устройством в приемных системах. Основным способом снижения вероятности бит-ошибок при приеме и обработке цифровых потоков является усиление полезного сигнала электронными устройствами, которые имеют низкий уровень собственных шумов. Традиционные методы увеличения соотношения полезного сигнала к шуму заключаются, с одной стороны, в увеличении мощности сигнала, передаваемого в направлении приемника, а с другой — в увеличении усиления приемной антенны. Подобные способы связаны с известными трудностями, поскольку увеличение мощности сигнала передатчика ограничивается законодательно соответствующими контрольными органами, а увеличение усиления в антенне обычно связано с необходимостью разработки более дорогой и более громоздкой антенной системы. Альтернативным способом увеличения соотношения полезного сигнала к шуму является минимизация коэффициента шума приемной системы и ее компонентов. Таким образом, измерения коэффициента шума абсолютно необходимы, чтобы иметь уверенность в том, что шум, вносимый элементами приемной системы, допустимый.

Основная задача данной статьи — рассмотрение способов оценки коэффициента шума электронных устройств при помощи современных измерительных приборов. При этом мы покажем возможность измерения коэффициента шума при помощи анализатора спектра «СК4-БЕЛАН 32», который укомплектован соответствующей опцией.

Для четкого понимания смысла подобных измерений и правильной интерпретации их результатов необходимо напомнить, что скрывается под термином «коэффициент шума», а также что подразумевают связанные с ним понятия (эффективная шумовая температура, Y-фактор, избыточный коэффициент шума и т. д.).

Теория

Шум, с которым мы имеем дело на практике, состоит из многих составляющих. Основные из них — это тепловой и дробовой шумы. Тепловой шум возникает при флуктуациях электронов в проводниках, имеющих некую конечную температуру. Некоторые из таких флуктуаций могут иметь спектральные составляющие в той же полосе частот, что и полезные сигналы, то есть их маскировать и затруднять их обработку. Шумовой спектр, генерируемый тепловым шумом, по своей природе однороден на всех частотах. Дробовой шум возникает из-за квантовой стохастической природы электрического тока. Ток не представляет собой непрерывного и предсказуемого движения электронов, а скорее является хаотическим потоком со случайным их распределением. Статистический анализ стохастического потока электронов показывает, что вариации тока имеют широкополосный характер (распределены в широкой полосе частот). Есть и другие природные феномены, которые имеют квантовую структуру и генерируют случайный шум. Примером может служить шум генерации и рекомбинации основных носителей, возникающий в транзисторах при распределении тока эмиттера между базой и коллектором. Несмотря на многообразие источников шума, у всех механизмов генерации шума есть одно свойство, общее с тепловым шумом: они имеют однородный спектр, равномерно распределенный в полосе частот до 5000 ГГц. Поэтому при оценке шума все его источники принято рассматривать как тепловой шум. Мощность теплового шума определяется как:

где P_A — доступная мощность (Дж/с или Вт); k — постоянная Больцмана (1,38×10 –23 Дж/К); T — абсолютная температура (К); B — полоса частот (Гц).

Важно помнить, что k×T×B — это «доступная» мощность. То есть она «доступна» только при оптимальной (согласованной) нагрузке (если нет отражения энергии).

Определение k×T×B позволяет интуитивно лучше понять природу шума. Постоянная Больцмана k характеризует среднюю величину выделяемой кинетической энергии на единицу температуры. Присутствие в формуле температуры T предполагает, что с ее ростом выделяется больше мощности. Ну, и поскольку шум имеет широкополосную природу, в формуле мощности шума фигурирует B — используемая полоса частот.

Абсолютную температуру в 290 К (обычно обозначается как T₀) принято считать опорной величиной источников шума при измерениях коэффициента шума. Эта величина соответствует 16,8 °С и 62,3° по Фаренгейту. Спектральная плотность тепловых шумов k×T, генерируемая резистором на согласованную нагрузку в каждом герце электромагнитного спектра при данной температуре, равна 4×10 –21 Вт или –174 дБ·м.

Неотъемлемой частью определения коэффициента шума является понятие «соотношение сигнал/шум». Этот термин интуитивно понятен, особенно если перейти к логарифмическим соотношениям. Поясним данный термин на простом примере. Допустим, мы имеем сигнал (S) с уровнем 10 мВт (+10 дБ·м). Чему равно теоретическое соотношение «сигнал/шум», измеряемое в децибелах, для данного сигнала в полосе 1 МГц при температуре 290 К? Сначала рассчитаем мощность шума (N) в полосе 1 МГц:

Теперь вычислим соотношение «сигнал/шум»: S/N = (+10–(–114)) = 124 дБ.

Заметим, что соотношение «сигнал/шум» выражается просто в дБ. Хотя и мощность шума, и сигнал первоначально были в логарифмическом масштабе относительно 1 мВт.

Уяснив термин «соотношение сигнал/шум». мы можем перейти к определению понятия «коэффициент шума». Этот коэффициент описывает уменьшение соотношения «сигнал/шум» по мере прохождения сигнала через приемное устройство или его отдельный каскад (усилитель, смеситель). Фундаментальное определение коэффициента шума следующее:

где S_in / N_in — соотношение «сигнал/шум» на входе устройства; S_out / N_out — соотношение «сигнал/шум» на выходе устройства.

Поскольку все электронные устройства «шумят» и, соответственно, добавляют некое количество шума к сигналу, величина F всегда больше единицы. Хотя величина F исторически называлась коэффициентом шума, современный термин «коэффициент шума» (децибельная величина NF) обычно подразумевает логарифмический масштаб величины F, равный 10 log₁₀F (дБ). В зарубежной специальной литературе, публикуемой ведущими производителями измерителей коэффициента шума (Agilent Technologies, Anritsu, Rohde & Schwarz) последовательно разграничиваются два термина: «фактор шума», или F, и, собственно, коэффициент шума NF. Итак,

Рассмотрим коэффициент шума некоего известного усилителя. На рис. 1 показана его условная схема, а также сигналы на его входе и выходе.

Рис. 1. Условная схема усилителя. Сигналы на его входе и выходе

Если мы подключим к входу усилителя согласованную нагрузку при температуре 290 К, то она будет генерировать на входе усилителя шум k×T₀×B. На выходе этот шум усилится и превратится в k×T₀×B×G (G — коэффициент усиления усилителя) плюс к нему добавится некое количество шума, генерируемого в самом усилителе N_A. Тогда выражение (2) можно переписать следующим образом:

Выражение (4) является определением коэффициента шума, которое официально принято международным Институтом Радиоинженеров (сейчас Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)).

Если опираться на уравнения (4) и (5), то видно, что измерения коэффициента шума сводятся к измерениям уровня шума, коэффициента усиления и полосы. Однако, несмотря на понятность данных величин, в практических измерениях формулами (4) и (5) пользуются не так уж часто (хотя использовать их можно, о чем мы расскажем ниже). Это связано с тем, что измерить с большой точностью усиление в заданной полосе — зачастую не тривиальная задача. Большинство систем измерения коэффициента шума элегантно обходят задачу прямого измерения уровня шума и усиления, основывая алгоритмы своей работы на использовании, в первую очередь, линейных свойств тепловых шумов.

Рис. 2. График функции мощности теплового шума от абсолютной температуры

Таким образом, P_A(T) = k×B(T)+0 = k×B(T). При постоянной величине полосы, которая нам известна, это уравнение позволяет рассчитать мощность теплового шума для любой абсолютной температуры, то есть полностью описывает характеристики теплового шума. Поскольку прямая определяется двумя точками, то для описания характеристик теплового шума нам фактически лишь нужно взять две температурные точки и провести в них два измерения мощности шума. Если мы произведем измерение мощности на выходе некоего устройства (например усилителя), подключив к его входу согласованную нагрузку (генератор шума) при температуре T₀ = 290 K, то уравнение для мощности P₁ можно записать в таком виде:

Затем предположим, что мы нагрели согласованную нагрузку (включили генератор шума) до значения T_HOT = T₀+T_EX и снова измерили мощность P₂ на выходе усилителя. Уравнение для мощности P₂ будет иметь вид:

Отношение мощностей P₂ / P₁ исторически называется «Y-фактором» или Y (по-видимому, в связи с тем, что значения мощностей графически откладываются на оси Y — рис. 2).

Величину T_EX/T₀ или (T_HOT–T₀)/T₀ обычно называют избыточным коэффициентом шума, или ENR (excess noise ratio), и производители источников шума нормируют ее в дБ. Формула (8) чаще записывается как:

в логарифмическом виде выражение для коэффициента шума имеет вид:

Часто при измерениях коэффициента шума может использоваться другое понятие, которое также является фундаментальным, — понятие «эффективной температуры шума». Любой инженер, занимающийся измерением коэффициента шума, должен четко понимать взаимосвязь понятий «коэффициент шума» и «температура шума».

Рис. 3. Условная схема идеального приемника с согласованной нагрузкой 50 Ом на входе

Что же такое температура шума? Если 50-омный резистор с температурой 290 К подключен к входу идеального (не имеющего шумов) приемника с сопротивлением входа 50 Ом (рис. 3), то мощность шума на входе такого виртуального приемника составит:

А теперь представьте себе тестируемое устройство, например усилитель, подключенный в разрыв между 50-омным резистором и идеальным приемником (рис. 4).

Рис. 4. Условная схема измерения шума с объектом измерения, включенным в разрыв между приемником и согласованной нагрузкой 50 Ом

Шум на выходе тестируемого устройства теперь включает две составляющие. Одна из них — это усиленный шум резистора с температурой 290 К. Другая составляющая — это шум, генерируемый самим тестируемым устройством. Обратите внимание, что приемник не может различить эти две составляющие шума. Для приемника результат измерения был бы тем же, если бы тестируемое устройство было идеально и не генерировало шума, а резистор, подключенный к входу устройства, был нагрет до некоторой более высокой температуры (290+T_e ) К. В сущности, реальное тестируемое устройство может быть промоделировано как идеальное устройство, не вносящее шума, но имеющее на входе дополнительный источник шума с эквивалентной температурой T_e. Это — эффективная температура шума тестируемого устройства (или эквивалентная температура шума тестируемого устройства).

Преимущество понятия эффективной температуры шума заключается в том, что это понятие подводит общее основание под измерения случайного электрического шума, генерируемого любым источником: от транзистора на основе технологии GaAs до галактики. Есть много разновидностей электрического шума, и большинство из них не имеют тепловой природы. Однако все виды случайного шума можно выразить как эквивалентное количество теплового шума, который генерировался бы при температуре T_e. Обычно слово «эффективная» или «эквивалентная» в сочетании с «температурой шума» опускается и традиционно употребляется выражение «температура шума».

Поскольку мощность теплового шума P_А прямо пропорциональна температуре T (что следует из уравнения (1)), то значения температуры шума можно складывать, точно так же, как значения мощности шума при условии, что полоса B не меняется.

Дополнительно прояснить понятие температуры шума можно при помощи графического представления функции мощности шума от температуры (рис. 5).

Рис. 5. Графическое представление понятия эффективной шумовой температуры

Связь между фактором шума (коэффициентом шума) и температурой шума описывается следующим выражением:

В таблице даны некоторые значения для F, NF и T_e. Можно запомнить, что 0,1 дБ приблизительно соответствует 7–7,5 K.

Коэффициент шума NF, дБ

Фактор шума F

Температура шума Te, К

Источник