Parametry szumowe czwórnika liniowego.
Wynikające z istnienia w czwórniku wielu źródeł szumów zarówno prądowych jak i napięciowych można przedstawić za pomocą równoważnych źródeł szumów dołączonych do dowolnej pary zacisków idealnego układu bezszumowego o niezmienionych pozostałych właściwościach elektronicznych. Źródła te mają wydajności tak określone by efekt ich działania na wyjściu czwórnika był identyczny z efektem działania źródeł szumów jak w czwórniku rzeczywistym. Najczęściej stosowany jest układ zastępczy czwórnika z równoważnymi źródłami szumów umiejscowionymi na wejściu czwórnika bezszumowego. W ogólnym przypadku poziom szumów na wyjściu czwórnika zależy nie tylko od poziomu szumów jego własnych ale również od poziomu szumów źródła sygnału i jego impedancji oraz włączonych obciążenia oraz wartości szumów obciążenia. Całkowite szumy na wyjściu czwórnika można przedstawić za pomocą jednego wejściowego zastępczego źródła napięciowego, opis taki choć ma tę wadę, że wydajność tego równoważnego źródła zależy od impedancji źródła sygnału jest jednak powszechnie stosowany w praktyce do oceny właściwości szumowych układów liniowych. Przy przechodzeniu sygnału przez czwórnik liniowy szumy emitowane w układzie dodają się do szumów zawartych w sygnale wejściowym. Powoduje to pogorszenie stosunku średniej mocy sygnału do średniej mocy szumów na wyjściu czwórnika w porównaniu z tym stosunkiem na jego wejściu. Iloraz mocy sygnału do mocy szumu nie jest obiektywnym parametrem charakteryzującym szumy czwórników ponieważ jego wartość liczbowa zależy od poziomu i kształtu sygnału użytecznego. Niezależnym od poziomu sygnału wskaźnikiem jakości pod względem szumowym czwórników liniowych jest stosunek mocy sygnału do mocy szumów na wejściu czwórnika odniesiony do tego stosunku na jego wyjściu nazywany współczynnikiem szumów F.
i – input
o – output
Ps – moc sygnałowa
Pn – moc szumowa
W sposób zupełnie równoważny współczynnik szumów można określić jako stosunek całkowitej mocy szumów na wyjściu czwórnika do tej części składowej mocy szumów na wyjściu która pochodzi wyłącznie od źródła sygnału.
Współczynnik szumów jest zawsze większy od jedności, równy jeden jest jedynie dla czwórnika bezszumowego. Jest większy od jedności ponieważ stosunek mocy sygnału do mocy szumów zmniejsza się przy przejściu sygnału przez czwórnik w skutek wpływów własnych czwórnika. Moce wszystkie występujące w tych zależnościach powinny być określone przy tych samych warunkach częstotliwościowych. Jeśli pasmo częstotliwości badanych szumów jest bardzo wąskie w porównaniu z częstotliwością środkową tego pasma to wówczas współczynnik szumów nazywamy wąskopasmowym czy też różniczkowym. W przypadku gdy częstotliwość środkowa pasma jest porównywalna z szerokością w którym moce są określane to mówimy o szerokopasmowym współczynniku szumu. Współczynnik szumów jest miarą względną ponieważ porównuje on szumy własne czwórnika z szumami źródła czwórnika. Z dotąd podanych zależności wynika że współczynnik szumów może przyjmować wartości dowolnie bliskie jedności, jeżeli tylko zwiększymy dostatecznie poziom szumów w źródle sygnału. Zdefiniowany dotąd współczynnik szumów nie może zatem służyć do jednoznacznego porównywania różnych czwórników egzemplarzy. Aby uniknąć tej niejednoznaczności współczynnik szumów określa się w odniesieniu do źródła sygnałów w którym jedynym źródłem szumów są szumy cieplne a także zakłada się, że szumy impedancji obciążenia czwórnika są ujęte jako szumy własne czwórnika. Moc szumów cieplnych zależy od temperatury zatem jednoznaczne określenie mocy szumów odniesienia wymaga ustalenia temperatury źródła sygnału. W temp standardowej otrzymuje się tak zwany katalogowy współczynnik szumów.
Δf – szerokość pasma
k – stała Boltzman’a
T0 – temp pokojowa (293 [K])
Kpe – Wzmocnienie mocy skuteczne
Pno – moc szumowa na wyjściu
Określając standardowy współczynnik w skali liniowej jako jednostkę umownie tylko przyjmuje się kT0. W przeczystości określany jest wielkością bezwymiarową i jest określany w skali logarytmicznej F[dB]=10logF.
marek33x