Генераторы шумовых сигналов

ТЕМА 2.5. Генераторы шумовых сигналов. 

Генераторы  шумовых сигналов (шумовые генераторы) вырабатывают флуктуационные напряжения с определенными (заданными) вероятностными характеристиками.

Их применяют  при измерении предельной чувствительности усилителя, коэффициента шума радиоприемников, исследования помехоустойчивости различных электронных, автоматических и радиотехнических систем или отдельных узлов, снятии частотных характеристик электроакустических устройств, поверке приборов для измерения вероятностных характеристик случайных процессов и т.п. 

                           Рис. 2.6. Структурная схема  шумового генератора 

Основным узлом схемы шумового генератора является задающий генератор (рис. 2.6). Его сигналы должны иметь равномерную спектральную плотность мощности по всей требуемой полосе частот (теоретически это белый шум). В задающем генераторе используются физические явления, при которых возникают достаточно интенсивные шумы со статическими характеристиками и параметрами, поддающимися достаточно несложному математическому анализу.

В качестве образцового  источника шума может служить  нагретый проволочный резистор, действующее  значение напряжения на котором рассчитывается по известной из курса физики формуле:       

                     где          - (постоянная Больцмана)                    

              Т  — абсолютная температура резистора в градусах Кельвина;                     

             R  — сопротивление резистора, Ом;                  

                ∆f_э  — полоса  пропускания, Гц; 

Конструктивно резистор выполняется в виде вольфрамовой спирали, намотанной на керамический каркас, температура которой поддерживается постоянной.

К источникам тепловой шумовой мощности относится  и болометрический генератор. Болометр представляет собой вакуумный стеклянный баллон, внутри которого натянута вольфрамовая нить.

Источники теплового  шума используются в качестве образцовых генераторов шумовых напряжений, так как расчетные данные хорошо совпадают с практическими результатами. В шумовых генераторах также применяются фотоэлектронные умножители, газоразрядные трубки, шумовые диоды и т.п. 

         В качестве преобразователей  спектра в шумовых генераторах  применяются усилители, фильтры, ограничители, генераторы перестраиваемой частоты — в зависимости от того, какое преобразование шума требуется.

Так, применив в качестве преобразователя фильтр с определенным коэффициентом передачи, можно получить из генератора белого шума генератор  стационарного случайного процесса со спектральной плотностью мощности, изменяющейся по заданному закону в определенном диапазоне частот. Основным элементом выходного устройства генератора служит калиброванный аттенюатор, обеспечивающий одинаковый коэффициент деления мощности по всей полосе частот шума. Для контроля уровня выходной мощности в схему генератора встраивается вольтметр действующего значения.

Низкочастотные  генераторы шумов обозначаются как  Г2, работают в диапазоне от 20 Гц до 10 МГц и вырабатывают мощность до 5 Вт. СВЧ-генераторы имеют высшую частоту  рабочего диапазона до 37 ГГц, и, как  и генераторы гармонических колебаний, выполняются однодиапазонными с малым перекрытием по частоте. Обозначаются СВЧ шумовые генераторы так же как и низкочастотные Г2.