UR5FFR

Радиолюбительские конструкции и программы
It is currently 18 Nov 2018, 19:06

All times are UTC + 2 hours




Post new topic Reply to topic  [ 7 posts ] 
Author Message
PostPosted: 16 Mar 2013, 22:24 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 405
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Размышлял тут на досуге по поводу измерения Кш. Просмотрел пару схемок - все требуют калиброванного источника шума. Что есть определенная проблема. Отечественные 2Д2С требуют высокого напряжения питания, не всегда доступны. Импортные интегральные тоже не на каждом углу продаются. И задумался я - а так ли нам надо иметь калиброванный источник шума? Может можно обойтись некалиброванным и аттенюатором? И вот что получилось

Имеем генератор шума, аттенюатор и ваттметр. Подключаем ГШ на вход исследуемого устройства напрямую и замеряем мощность на выходе
P1 = G * (Pш + Pin)
здесь G - усиление исследуемого устройства, а Рш - приведенная ко входу его мощность шумов. Pin - мощность шума от некалиброванного источника шума.

Делаем второе измерение. При этом между ГШ и входом устройства включаем аттенюатор, уменьшающий мощность шума в два раза (некритично). замеряем мощность на выходе:
P2 = G * (Pш + Pin/2)
путем несложных преобразований исключаем Pin:
2*P2 - P1 = G * Pш
или
Pш = (2*P2 - P1) / G
т.е. зная усиление исследуемого устройства мы можем найти Pш

Теперь займемся вопросом определения G(ain). Подадим на вход устройства некий сигнал с известным уровнем Pin. замерим на выходе Pout = G * (Pin + Pш).
реальный G = Pout / (Pin + Pш)
т.к. Pin >> Pш то можно аппроксимировать
G' = Pout / Pin
собственно тут можно было бы и закончить подставляя G' вместо G в формулу для Pш.
но можно пойти дальше. оценим ошибку
err = G' / G = Pout * (Pin + Pш) / (Pin * Pout) = 1 + Pш/Pin
или
G = G' / (1 + Pш/Pin)

Подставим последнее уточнение для Gain в формулу для Pш
Pш = (2*P2 - P1) / G = (2*P2 - P1)*(1 + Pш/Pin) / G' =
(2*P2 - P1)/ G' + Pш*(2*P2 - P1)/(Pin*G')
разрешаем полученное выражение относительно Pш
Pш = (2*P2 - P1) / (G' * (1-(2*P2 - P1)/(Pin*G')))

Т.е. переводя на русский - имея два замера от некалиброванного ГШ, и один замер от калиброванного ГСС мы можем найти Кш


Top
 Profile  
 
PostPosted: 16 Mar 2013, 22:29 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 405
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Что такое ENR?

ENR=10*log((Ton-Toff)/Toff) дБ
Ton - это шумовая температура включенного ГШ
Toff - соответственно выключенного
частенько Toff=T0=290K т.е. комнатная темп
ENR=10*log((Ton-T0)/T0) дБ
т.е. ENR говорит нам насколько шумовая температура включенного ГШ превосходит T0. т.е. это грубо говоря отношение выраженное в дб
например имеет ГШ с ENR=30дБ. подставляя в последнюю формулу легко можно определить что Ton=290290K

тут кстати интересный момент. нагретый до 100С резистор ))
ENR = 10*log((390-290)/290) = -4.62дБ (значение отрицательное)

и еще - Ton > T0. всегда. ибо логарифм от отрицательных чисел не существует. физически такой "комнатный" ГШ не может шуметь меньше чем обычный резистор при T0. вот собственно и весь смысл этих exceed noise

ENR для ГШ с аттенюатором

Теория: http://www.ittc.ku.edu/~jstiles/622/han ... evices.pdf
Посчитаем ENR связки ГШ+аттенюатор с коэфф ослабления А раз
ENR=10*log((Ton-T0)/T0), где Ton - шумовая темп нашего ГШ
если мы поставим аттенюатор то в результате получим устройство с шумовой температурой
Ton' = (Ton-T0)/A + T0
тогда результирующий ENR
ENR' = 10*log((Ton'-T0)/T0) = 10*log(([Ton-T0]/A+T0-T0)/T0) = 10*log((Ton-T0)/(A*T0)) =
= 10*log((Ton-T0)/T0) - 10*log(A) = ENR - 10*log(A)
т.е.
ENR' = ENR - 10*log(A)
10*log(A) - это не что иное как ослабление аттенюатора в дБ
что и требовалось доказать

если в результате "накручивания" аттенюатора мы получили отрицательный ENR то это говорит о том что Ton < 2*T0. т.е. наш итоговый ГШ будет генерировать дополнительный шум который меньше чем T0


Top
 Profile  
 
PostPosted: 16 Mar 2013, 22:32 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 405
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Калибровка ГШ по образцовому ГШ

Суть методы базируется на том что у нас есть ГШ с известной темп Tref, тракт с неизвестной темп Trx и калибруемый ГШ с неизвестной темп Tx. Подключая референсный ГШ и замеряя изменение мощности на выходе при включенном/выключенном состоянии определяем Y1.
Y1=(Tref+Trx)/(T0+Trx)
проводим аналогичную процедуру для ГШ с неизвестными параметрами
Y2=(Tx+Trx)/(T0+Trx)
решаем получившуюся систему уравнений относительно Tx (Trx исключаем)
Tx = (Y2-1)*(Tref-Y1*T0)/(Y1-1) + Y2*T0
погрешность лезет т.к. Tref сравнительно небольшой и как результат Y1 очень маленький (1,1..1,2). и в знаменателе (Y1-1) еще меньше. т.е. надо искать референсный источник с темп 2*T0..3*T0

Эту методик можно использовать для калибровки ГШ на транзисторе/диоде/стабилитроне по имеющемуся калиброванному ГШ.


Top
 Profile  
 
PostPosted: 16 Mar 2013, 22:35 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 405
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Влияние КСВ по входу LNA на ухудшение Кш

Рассмотрим рассогласованный по входу LNA. Если взять формулу зависимости потерь мощности от КСВ

Image

то можно заменить LNA с несогласованным входом на эквивалентную схему аттенюатор+LNA с ксв=1. Т.к. аттенюатор на входе даст прибавку Кш пропорциональную его ослаблению то можно написать что
Кш' = Кш + 10*log((2+ксв+1/ксв)/4)
если посчитать то получается такая табличка (слева ксв, справа прибавка Кш в дб)
1,2 - 0,04
1,5 - 0,18
2 - 0,5
3 - 1,25
4 - 1,94
5 - 2,55
7 - 3,6

теория: рассуждения Гончаренко на тему потерь на рассогласовании http://dl2kq.de/ant/kniga/326.htm
дискуссия: http://forum.vhfdx.ru/izmeritelnaya-app ... #msg108556

стоит заметить что на укв-свч все обстоит не так просто, т.к. Кш LNA сам по себе зависит от согласованности входа


Top
 Profile  
 
PostPosted: 07 Feb 2016, 09:18 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 405
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Оригинальный метод измерения Кш опубликован в статье Roy Monzello "Measure Noise Without A Calibrated Source".

Для измерения Кш устройства (DUT) нам понадобится некалиброванный генератор шума (ГШ), аттенюатор и ваттметр.
1. Подключаем ко входу исследуемого устройства ГШ через аттенюатор
2. При выключенном ГШ замеряем мощность на выходе DUT = P0
3. Включаем ГШ, выбираем ослабление аттенюатора 0 dB. Замеряем мощность на выходе DUT = P1
4. Выбираем другое ослабление аттенюатора. Например 6 dB (не критично). Замеряем мощность на выходе DUT = P2
5. Считаем
Y1 = P1/P0
Y2 = P2/P0
dY = Y1-Y2 = P1/P0 - P2/P0
dENR = (P1 - P2) / (290*K*B*G)
Кш = dENR / dY
тут K - постоянная Больцмана 1.38*10^-23
B - ширина полосы в которой производится измерение мощности в Hz
G - коэфф.усиления DUT
во всех формулах мощность выражена в ваттах


Top
 Profile  
 
PostPosted: 07 Feb 2016, 15:32 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 405
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Для операционных усилителей в даташите приводят приведенной ко входу напряжение шумов.
Формула и табличка их соответствия с noise figure.

Attachment:
nf-nv.gif
nf-nv.gif [ 10.27 KiB | Viewed 23184 times ]


Раные онлайн-калькуляторы шумов в инвертирующем/неинвертирующем усилителе на ОУ


Top
 Profile  
 
PostPosted: 30 Dec 2016, 22:11 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 405
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Agilent App.Notes 57-1 посвященная методам измерение noise figure

Noise and Noise Measurements By Joseph L. Cahak


Top
 Profile  
 
Display posts from previous:  Sort by  
Post new topic Reply to topic  [ 7 posts ] 

All times are UTC + 2 hours


Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Search for:
Jump to:  
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group