Противошумовая коррекция

При изучении преобразователей свет-сигнал отмечалось, что передающие трубки с вторично-электронным умножителем создают довольно большой сигнал, но имеют высокий уровень собственных шумов. В этом случае задача увеличения отношения сигнал / шум простыми средствами не решается.

Передающие трубки на базе внутреннего фотоэффекта (видикон, плюмбикон и т.п.) имеют хорошее отношение сигнал / шум, но дают на выходе весьма слабый сигнал. Поэтому заметную роль начинают играть шумы первого каскада камерного усилителя.

Выходное сопротивление трубок типа видикон весьма велико (порядка
10 ⁶ ...10 ⁷ Ом), так что практически всегда соблюдается неравенство R _i >> R _Н (т.е. видикон является источником тока i _сигн). Тогда напряжение видеосигнала U _сигн = i _сигн R _Н .

Средний квадрат напряжения флуктуационных шумов на R _Н

(27)

Дробовые шумы усилителя можно охарактеризовать эквивалентным сопротивлением шумов, приведенным ко входу

(28)

Коэффициент в числителе формулы (28) зависит от типа активного элемента, но в любом случае S ³ 3...5 мА/В, так что R _ш £ 1 кОм, что на порядок меньше R _Н .

При этих условиях среднеквадратическое напряжение шумов ~ , а отношение сигнал / шум также пропорционально. Следовательно, для улучшения отношения сигнал / шум следует увеличивать величину R _Н (по сравнению с величиной, определяемой полосой пропускания и эквивалентной емкостью нагрузки).

Естественно, при этом возникает завал верхних частот, который приходится компенсировать либо (по возможности) в первом каскаде, либо в последующих. Безусловно, нельзя увеличивать R _Н очень сильно, т.к. слишком большой завал ВЧ не удается скорректировать. Реально удается увеличить отношение сигнал / шум в 3...4 раза.

Следует понимать, что решается энергетическая задача – улучшение отношения сигнал / шум путем увеличения R _Н , а сопутствующая ей коррекция АЧХ – действие вынужденное, т.е. плата за улучшение этого отношения. Улучшение отношения сигнал / шум происходит только на нижних частотах спектра, а на верхних частотах оно даже ухудшается, но это хорошо согласуется со свойствами нашего зрения – шумы заметнее на крупных деталях изображения. Рассмотренный вариант называется простой противошумовой коррекцией.

Существует схема сложной противошумовой коррекции, при которой между сигнальной пластиной передающей трубки и входом камерного усилителя последовательно включается дроссель. При этом емкость нагрузки разбивается на две, образующие с дросселем П-образный последовательный колебательный контур, настроенный на верхние частоты спектра. В результате происходит подъем верхних частот прямо на входе схемы, а оставшийся завал средних частот несложно скорректировать в последующих каскадах. Схема сложной противошумовой коррекции позволяет получить выигрыш в отношении сигнал / шум примерно еще в два раза по сравнению с простой схемой.

Попутный вывод: поскольку полоса пропускания определяется произведением R _Н × С _ЭКВ , то следует всеми доступными способами уменьшать С _ЭКВ , которое складывается из выходной емкости трубки, входной емкости первого каскада камерного усилителя и паразитной емкости монтажа. Тогда исходное значение R _Н будет больше.