www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Шумы многокаскадных усилителей

G1
F1
G2
F2
G3
F3
Gn-1
Fn-1
Gn
Fn

Рисунок 1. Упрощенная схема многокаскадного усилительного тракта

G1
F1
G2
F2
G3
F3
Gn-1
Fn-1
Gn
Fn

Рисунок 1. Упрощенная схема многокаскадного усилительного тракта

Reihe von Verstärkerstufen, je mit Verstärkungsfaktor V und Eigenrauschen F.
G1
F1
G2
F2
G3
F3
Gn-1
Fn-1
Gn
Fn

Рисунок 1. Упрощенная схема многокаскадного усилительного тракта

Для достижения требуемого коэффициента усиления часто применяют многокаскадную схему построения усилителя. При такой схеме усилитель представляет собой ряд последовательно соединенных между собой отдельных усилительных модулей или каскадов (Рисунок 1). Каждый из каскадов усиливает поступающий на него сигнал, что характеризуется коэффициентом усиления каскада. При этом каждый каскад усиления, как и любой активный радиоэлектронный компонент, имеет свой уровень шумов, который характеризуется коэффициентом шума. Основной вклад в шумы усилительного каскада вносят его тепловые шумы, источником которых является хаотическое движение носителей электрического заряда, интенсивность которого зависит от температуры усилительных элементов каскада. Напомним, что коэффициент шума определяют как значение отношения «сигнал-шум» на входе каскада, поделенное на значение отношения «сигнал-шум» на его выходе.

Рассмотрим вначале для простоты усилитель, состоящий всего из двух последовательно соединенных каскадов. Очевидно, что при отсутствии сигнала на входе усилителя на выходе первого каскада будут наблюдаться только шумы этого каскада. Шумы первого каскада будут усилены во втором каскаде и, кроме этого, к ним добавятся шумы второго каскада. Формула для определения коэффициента шума F двухкаскадного усилителя имеет вид:

F = F1 + (F21)/G1

где

F1 — коэффициент шума первого каскада;
F2 — коэффициент шума второго каскада;
G1 — коэффициент усиления первого каскада.

Из формулы следует, что больший вклад в общий коэффициент шума вносят шумы первого каскада. Кроме этого, общий коэффициент шума будет тем ниже, чем выше будет коэффициент усиления первого каскада.

То же самое происходит и при увеличении количества каскадов усиления. Общая формула коэффициента шума услителя, состоящего из каскадов, может быть записана в виде:

Ftotal = Fn + Gn·{Fn-1 + Gn-1·[   ...   F3 + G3·(F2 + G2·F1)]}

Проанализировав приведенную формулу, можно сделать такие выводы:

  1. Первый каскад усиления должен иметь наименьший уровень шумов. Это объясняется тем, что шумы первого каскада будут последовательно усиливаться во всех последующих каскадах, поэтому, чем меньше они будут изначально, тем меньшим будет их вклад на выходе усилителя.
  2. Последний каскад усиления должен иметь наименьший из всех каскадов коэффициент усиления. Это объясняется тем, что в этом каскаде будут усиливаться шумы всех предыдущих каскадов.

Поскольку смесители, на которых происходит преобразование частоты, обладают достаточно интенсивными шумами, то самый первый каскад усиления выполняется еще до преобразования частоты, то есть на несущей (высокой) частоте. Такой каскад назвают малошумящим усилителем высокой частоты (МШУ, МШУВЧ). Учитывая, что отраженный сигнал часто имеет очень малую мощность, МШУ стараются разместить ближе к приемной антенне, чтобы минимизировать потери в тракте передачи его в приемник, то есть, в волноводе. Поэтому часто малошумяший усилитель размещают непосредственно на антенне.