СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 69 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2015 симальной мощности, получаемой от источника, можно не учитывать поте- ри рассогласования, присутствующие на входе устройства, поскольку они учитываются в коэффициенте пере- дачи. Понимаемый таким образом коэффициент передачи называет- ся коэффициентом передачи преоб- разователя (G t ). Однако при каскад- ном включении устройств ошибки рассогласования возрастают, если входной импеданс устройства отли- чается от импеданса нагрузки. В этом случае общий коэффициент переда- чи каскадно включённых устройств не равен произведению коэффици- ентов передачи отдельных каскадов. Действительный коэффициент пере- дачи (G a ), который часто указывает- ся как параметр транзистора, пред- ставляет собой усиление, происхо- дящее, когда заданная проводимость источника (Y s ) возбуждает устройство, а выход согласован с нагрузкой. Это часто используется при проектирова- нии усилителей. В качестве заданного или изме- ряемого коэффициента передачи в 50-омных системах наиболее часто используется вносимое усиление (G i ) или коэффициент прямой переда- чи (|S 21 | 2 ). Если измерительная систе- ма имеет малые коэффициенты отра- жения, а тестируемое устройство име- ет хорошее согласование по выходу, применение уравнения для коэффици- ента шума каскадного включения (2.3) к реальным системам не даст боль- шой ошибки. Если устройство име- ет не очень хорошее согласование по выходу или у измерительной системы имеются существенные ошибки рас- согласования, то между вычисленной характеристикой и характеристи- кой реальной системы появится рас- хождение. Например, если выходной импеданс первого каскада отличает- ся от 50-омного импеданса источни- ка, который используется при опре- делении коэффициента шума второго каскада, шум, создаваемый во втором каскаде, может измениться. Ш УМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ В принципе, коэффициент шума является упрощённой моделью реаль- ного шума в системе. Теоретиче- ски одиночный элемент шума при- сутствует в каждом каскаде. В боль- шинстве реальных усилительных устройств, таких как транзисторы, имеются множественные шумы: тепло- вые, дробовые, шумы декомпозиции. Связь генерации этих шумов с импе- дансом источника может носить очень сложный характер. На резуль- тат измерения коэффициента шума влияют согласование источника шума и измерительного прибора с тестируе- мым устройством: источник шума соз- даёт импеданс на входе устройства, а устройство – на входе измеритель- ного прибора. Фактическое значение коэффициента шума устройства, нахо- дящегося в рабочих условиях, зависит от согласованности с другими компо- нентами системы. Разработка малошумящих усилите- лей требует компромисса между уси- лением каскада и его коэффициен- том шума. Чтобы найти компромисс- ное решение, необходимо знать, как коэффициент передачи активного устройства и его коэффициент шума изменяются в зависимости от импе- данса источника или его проводимо- сти. Минимальный коэффициент шума не обязательно получается при импе- дансе системы (Z o ) или сопряжённом согласованном импедансе, при кото- рых достигается максимальное усиле- ние. Для полного понимания влияния рассогласования в системе необходи- мо знать две характеристики тестиру- емого устройства: коэффициент шума и коэффициент передачи. Зависимость шум-фактора от импе- данса источника, определяемая согла- сующим устройством, описывается уравнением: , (2.4) где Г – коэффициент отражения источ- ника, имеющий результатом шум- фактор F, F min – минимальный шум- фактор устройства, который имеет место когда Г = Г opt , R n – шумовое сопро- тивление (чувствительность коэффи- циента шума к изменению проводимо- сти источника). Об F min , R n и Г opt часто говорят как о «шумовых параметрах», вместе они составляют понятие «шумовая харак- теристика» (Noise Characterization). На диаграмме Смита (см. рис. 4) коэф- фициент отражения источника (Г) для фиксированных значений шум- фактора изображается в виде круговых диаграммшума (Noise Circles). Это удоб- ный формат для отображения сложной зависимости между импедансом источ- ника и коэффициентом шума. В ЛИЯНИЕ ШИРИНЫ ПОЛОСЫ Несмотря на то, что ширина полосы частот является важным параметром многих систем и используется в вычис- лениях фактического отношения сиг- нал/шум для демодулированных сиг- налов, коэффициент шума не зависит от ширины полосы устройства. При измерении шумов устройства прини- мается допущение о равномерности его амплитудно-частотной характе- ристики в пределах полосы измере- ния. Это означает, что ширина полосы измерения шума должна быть меньше ширины полосы устройства. Невыпол- нение этого условия приводит к ошиб- ке измерения. Современные анализа- торы коэффициента шума серии NFA компании Keysight имеют изменяемые полосы частот, что упрощает измере- ние узкополосных устройств, а также позволяет выполнять измерения на основе анализа спектра. Анализатор спектра серии PSA со специализиро- ванной программой измерения коэф- фициента шума имеет полосу пропу- скания, которая может быть уменьше- на до 1 Гц. Продолжение следует. Л ИТЕРАТУРА 1. 10 Hints for Making Successful Noise Figure Measurements, Application Note 1341, lite- rature number 5980-0288E. 2. Noise Figure Measurement Accuracy, Appli- cationNote 57-1, literature number 5952-8255. 3. Noise Figure Measurement Accuracy, Appli- cationNote 57-2, literature number 5952-3706. 4. Calculate the Uncertainty of NF easurements Software and web-based tool available at: www.keysight.com/find/nfu 5. User guides for Keysight noise figure products available at: www.keysight.com/find/nf 6. Component Test web site: www.keysight. com/find/component_test 7. Spectrum analysis web sites: www.keysight. com/find/psa_personalities; www.keysight. com/find/esa_solutions Рис. 4. Круговые диаграммы шума