Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 1.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 1."— Zapis prezentacji:

1 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 1

2 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 2 Szumy w układach i systemach w.cz. prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski Politechnika Warszawska Instytut Systemów Elektronicznych ul. Nowowiejska 15/19, Warszawa tel: (48-22) fax: (48-22)

3 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 3 Szumy cieplne: Gęstość widmowa napięcia szumów: Gęstość widmowa prądu szumów: Zależności słuszne do częstotliwości granicznej: h = 6, Js - stała Plancka Dla T = 290 K - f g = GHz

4 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 4 Zastępcze źródła szumów dla szumów cieplnych rezystancji R

5 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 5 Dysponowana moc źródeł szumów cieplnych: Gęstość widmowa mocy szumów cieplnych: Temperatura szumów jednowrotnika (dwójnika): Chłodzenie układu zmniejsza szumy cieplne !

6 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 6 Szumy śrutowe: Przepływ nośników ładunków przez powierzchnię rozdzielającą dwa ośrodki. (lampy elektronowe, diody, tranzystory) Prądowa gęstość widmowa szumów śrutowych: e – ładunek elektronu = 1,6 x As Gdy f, S i 0 Chłodzenie nie wpływa na wielkość szumów śrutowych!

7 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 7 Szumy migotania (strukturalne, szumy 1/f): Przypadkowa generacja i rekombinacja nośników ładunku. Wartość średniokwadratowa prądu szumów migotania K – stała zależna od materiału i właściwości powierzchni Szumy plazmowe Szumy kwantowe

8 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 8 2) Szumy anteny: Dla anten o dużym wzmocnieniu i małym kącie apertury : T b - temperatura obiektu na który patrzy antena 1) Szumy własne układu Szumy układu odbiorczego

9 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 9 ZASTĘPCZA TEMPERATURA SZUMÓW JEDNOWROTNIKA: P n - moc szumów na zaciskach jednowrotnika Generatory szumów: ENR (Excess Noise Ratio): P n – moc szumów na wyjściu generatora, P n0 = kT 0 B ENR półprzewodnikowych źródeł szumowych – od ok. 5-6 dB do ok. 24 dB.

10 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 10 Dwuwrotnik szumiący f 1 = f 2 – wzmacniacz f 1 f 2 - mieszacz, konwerter

11 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 11 Wąskopasmowy współczynnik szumów: T 0 = 290 K - standardowa temperatura odniesienia Ponieważ: i więc: lub Indeks a oznacza moc dysponowana Definicja 1

12 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 12 Definicja 2: Obie definicje są sobie równoważne ! G – wzmocnienie mocy G T –skuteczne wzmocnienie mocy G A – dysponowane wzmocnienie mocy

13 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 13 Nadmiarowy współczynnik szumów: F [dB] = 10 log F. Współczynnik szumów w dB: Zastępcza temperatura szumów dwuwrotnika: Te jest równa temperaturze generatora sygnału, przy której szumy cieplne kT e df impedancji wewnętrznej generatora sygnału, wzmocnione przez idealny bezszumny dwuwrotnik, są równe szumom własnym P ni na wyjściu dwuwrotnika rzeczywistego: czyli gdy P ni = kT e df G T Czyli:

14 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 14 Ponieważ Więc:

15 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 15 Model układu wielokanałowego

16 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 16 Współczynnik szumów układu wielokanałowego – definicja: (m) – m-ty kanał sygnału K – liczba kanałów P n1 (m) = k T 0 df, T 0 = 290 K (z definicji).

17 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 17 Odbiornik superheterodynowy Jest to układ dwukanałowy !

18 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 18 Kanał sygnału wejściowego, kanał sygnału lustrzanego i kanał wyjściowy f 0 f L fPfP fSfS f Kanał sygnału właściwego Kanał lustrzany Kanał wyjściowy Sygnał heterodyny - f p

19 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 19 1.Odbiornik dwukanałowy (radiometr) – sygnał i szum dostarczane dwoma kanałami: 2. Odbiornik jednowstęgowy (odbiornik radiokomunikacyjny) - sygnał dostarczany jednym kanałem, a szumy dwoma kanałami 3. Odbiornik jednowstęgowy – sygnał i szum dostarczane jednym kanałem G (1) = G (2) Przy warunku, gdy

20 Spotkanie ze studentami Decybele - dB Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 20 Decybel to jednostka logarytmiczna stosowana początkowo dla określenia ilorazu (stosunku mocy), tzn.: Iloraz mocy w dB = 10 log 10 P2P2 P1P1 Zalety: 1. Znaczne zmnieszenie wielkości liczb wyrażających duże Ilorazy mocy, np.: iloraz mocy = = 70 dB Iloraz mocy = 2 1 = 3 dB

21 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska Iloczyny ilorazów mocy wygodnie jest zamienic na dB i zamiast mnożyc ilorazy przez siebie, dodawac decybelowe równoważniki ilorazów mocy, np.: x 63 1 = dB + 18 dB = 52 dB to samo w dB 3. Odwrotnośc ilorazu można wyznaczyc dodajac tylko znak minus przed jego logarytmem, tzn.: 52 dB = = dB = = 0,

22 Spotkanie ze studentami Decybele - dB Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 22 Konwersja ilorazu na dB: 1)przestawienie ilorazu w postaci liczby dziesiętnej 2)zamiana zapisu dziesiętnego na postac wykładniczą (postac naukowa), który skłąda się z dwóch części: Np = 2500 = 2,5 x 10 3 Iloraz wyrazony w dB składa się też z dwóch części: Pierwsza częśc to 10 log 10 z części podstawowej ilorazu, a druga częśc, umieszczona przed pierwszą, to wykładnik potęgowy pomożony przez 10: Częśc podstawowa ilorazu Wykładnik

23 Spotkanie ze studentami Decybele - dB Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 23 Konwersja ilorazu mocy na dB: 2500 = 2,5 x 10 3 = 34 dB Iloraz mocy wyrażony w dB składa się też z dwóch części: Pierwsza częśc to 10 log 10 z części podstawowej ilorazu, zapisana w miejscu jednostek (plus częśc dziesiętna) a druga częśc, umieszczona przed pierwszą to wykładnik potęgowy. Częśc podstawowa ilorazu Wykładnik

24 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 24 Zamiana ilorazu mocy na decybele wymaga jedyni znajomości wartości logarytmów dziesiętnych liczb od 1 do 10. Iloraz mocy podstawowydB 10 1,261 1, ,54 3, ,38 89

25 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 25 IIoraz mocyWykładnik potęgowy 10 dB 0Nie istnieje = 1.0 x 10 0 = 0.0 dB 10.0 = 1.0 x 10 1 = 10 dB = 1.0 x 10 2 = 20 dB = 1.0 x 10 3 =30 dB =1.0 x 10 7 = 70 dB

26 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 26 Konwersja z decybeli na iloraz mocy: Iloraz mocy = 10 dB/10 Iloraz składa się z dwóch części: 1)z podstawowego ilorazu mocy podstawowego 2)z 10 do potęgi równej liczbie przed liczbie jednostek decybeli 36 dB = 4 x 10 3 = Iloraz mocy podstawowy = 10 0,4 Potęga 10 Trzeba pamiętac ilorazy mocy odpowiadające dB od 1 do 10.

27 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 27 Do reprezentowanie ilorazów mocy mniejszych od 1 używa się decybeli ujemnych. 3 dB = dB = ½ = 0.5 Gdy iloraz mocy dąży do zera liczba ujemnych decybeli dąży do bardzo dużej liczby. Np = dB Nie ma decybelowego równoważnika ilorazu mocy równego zeru!!!

28 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 28 Decybele ujemne reprezentują ilorazy mocy mniejsze od 1, Decybele dodatnie reprezentują ilorazy mocy większe od 1, 0 dB reprezentuje iloraz mocy równy

29 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 29 Używanie decybeli: Wzmocnienie mocy (gain) G = Moc wyjściowa Moc wejściowa G = 500/2 = 250 = 24 dB P we = 1 mW P wy = 250 mW Wzmacniacz G = 250/1 = 250 = 24 dB

30 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 30 Straty mocy (loss) L = Moc wejściowa Moc wyjściowa P we = 10 mWP wy = 8 mW Straty L = 10/8 = = 1 dB Falowód

31 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 31 Falowód Wzmacniacz G = 24 dB L = 1 dB Wzmocnienie całkowite: G c = 24 dB – 1 db = 23 dB

32 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 32 Wzmocnienie mocy w zależności od napięc: Moc wyjściowa P wy = (U 2 ) 2 RLRL Moc wejściowa P we = (U 1 ) 2 R we Gdy R L = R we G = 10 log 10 U2U2 U1U1 2 = 20 log 10 U2U2 U1U1

33 Szumy w układach w.cz. Decybele absolutne Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 33 Decybele względem 1 W są oznaczane dBW: 1 Watt = 0 dBW 2 Watty = 3 dBW 1 kW = 30 dBW Decybele względem 1 mW są oznaczane dBm

34 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 34 1.Pamiętajmy, że 3 dB odpowiada prawie dokładnie ilorazowi 2. Ponieważ dodawanie dB ma taki sam efekt jak mnożenie ilorazów, więc 3 dB = 2 6 dB = 3 dB + 3 dB = 2 x 2 = 4 9 dB = 6 dB + 3 dB = 4 x 2 = dB odpowiada prawie dokładnie ilorazowi 1¼ (5/4). Ponieważ znak minus przed dB odwraca iloraz, tzn. -1 dB odpowiada ilorazowi 4/5 = 0.8. Opierając się na dwóch ilorazach 1 1 / 4 można obliczac pozostałe relacje między dB i ilorazami.

35 Szumy w układach w.cz. Decybele Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 35 2 dB = 3 dB – 1 dB = 2 x 0.8 = dB = 3 dB + 1 dB = 2 x 1 1 / 4 = dB = 6 dB – 1 dB = 4 x 0.8 = dB = 6 dB + 1 dB = 4 x 1 1 / 4 = 5 8 dB = 9 dB – 1 dB = 8 x 0.8 = 6.4 Należy pamiętac: 1 dB = 1 1 / 4 3 dB = 2

36 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 36 Zastępcza szumowa szerokość pasma W przypadku szumu białego na wejściu: Jednakowe pola Definicja B n

37 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 37 Układ kaskady dwóch dwuwrotników

38 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 38 Temperatura szumów dwóch stopni w kaskadzie: Współczynnik szumów dwóch stopni w kaskadzie: Dla dowolnej liczby stopni w kaskadzie:

39 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 39 Miara szumów – definicja: Współczynnik szumów kaskady 1 – 2 Współczynnik szumów kaskady Gdy M 1 < M 2 Łączymy stopnie w kolejności odpowiadającej rosnącej miary szumów !!!

40 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 40 Pomiar współczynnika szumów Układ badany Miernik mocy Dwustanowy generator szumów

41 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 41 Temperatura szumów czwórnika: Współczynnik szumów czwórnika:

42 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 42 Stratna linia transmisyjna

43 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 43 Zależność współczynnika szumów od admitancji źródła sygnału Fmin - minimalna wartość współczynnika szumów układu, Rn - zastępcza rezystancja szumów dwuwrotnika aktywnego określająca krzywiznę powierzchni F() w otoczeniu punktu, Γ Sopt = Re(Γ Sopt )+ j Im( Γ Sopt ) - optymalna wartość współczynnika odbicia generatora sygnału, przy której F = F min

44 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 44 Y sopt - optymalna admitancja wewnętrzna źródła sygnału przy której F = F min

45 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 45 Zależność współczynnika szumów od admitancji źródła sygnału Okręgi stałego współczynnika szumów

46 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 46 Szumy fazowe generatora wcz Φ

47 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 47 Φ(t) = ω(t)t = ω 0 t + θ(t) = 2π f 0 t + θ(t), Chwilowa faza sygnału sinusoidalnego Częstotliwość nośna f 0 = ω 0 /2π = E [ω(t)] /2π – wartośc oczekiwana Sygnał generatora drgań sinusoidalnych: A(t)sin(Φ(t)), A(t) oznacza fluktuującą amplitudę sygnału przenosząca się na szumy amplitudy (AM –amplitude modulation) sygnału generatora, Fluktuacje θ(t) fazy Φ(t) sygnału sinusoidalnego określają szumy fazy (PM – phase modulation) sygnału. Fluktuacje fazy

48 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 48 Funkcja L(ω m ), opisuje szumy fazowe generatora. Funkcja ta określa moc szumów zawartych w jednej wstędze bocznej (SSB) o szerokości 1 Hz odległej od częstotliwości nośnej o ω m, odniesioną do całkowitej mocy sygnału. L(ω m ) jest wyrażana w decybelach względem mocy fali nośnej [dBc/Hz] L m -charakterystyka spektralna szumów fazowych generatora carrier Charakterystyka spektralna szumów fazowych generatora Sygnału sinusoidalnego

49 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 49 Charakterystyka szumów fazowych generatora w.cz.

50 Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 50 Średniokwadratowa dewiacja fazy sygnału wywołana przez szumy fazowe generatora zawarte w paśmie od ω 1 do ω 2 obu wstęg bocznych sygnału generatora: (w radianach do kwadratu) (w stopniach do kwadratu)


Pobierz ppt "Szumy w układach w.cz. Prof.. dr hab.. Janusz A. Dobrowolski Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska 1."

Podobne prezentacje


Reklamy Google