Экспериментальное определение эффективного напряжения шума на выходе ЦФ

Вначале отметим несколько важных для дальнейшего рассмотрения положений:

- шум на выходе ЦФ появляется только при наличии входного сигнала;

- уровень шума не зависит от уровня сигнала.

В этих условиях непосредственное разделение сигнала и шума оказывается практически невозможным. Поэтому при определении эффективного напряжения шума осуществляют компенсацию сигнала.

В принципе компенсирующее колебание можно сформировать из "незашумленного" входного воздействия, изменив соответствующим образом его амплитуду и фазу. Однако такой способ связан с практически непреодолимыми техническими трудностями. Действительно, выше были приведены типовые эффективные значения результирующего выходного шума ЦФ (корень квадратный из дисперсии шума). Эти значения имеют порядок 10^-4¸10^-5 относительно максимального значения сигнала. Следовательно, точность установки компенсирующего напряжения должна быть обеспечена с ошибкой такого же высокого порядка, что практически неосуществимо. К тому же с такой же точностью надо обеспечить и установку фазы.

Исходя из сказанного, формирование компенсирующего напряжения целесообразно производить в экспериментальной установке по схеме, приведенной на рис. 8.7. В установке используются:

– генератор синусоидальных колебаний Г;

– два идентичныхустройства цифровой обработки сигналов УЦОС1 и УЦОС2;

– два идентичных аттенюатора Атт.1 и Атт.2;

– вычитающее устройство;

– усилитель Ус. с калиброванным усилением и полосой пропускания 0 ¸ f _Д/2;

– квадратичный вольтметр V  для измерения эффективного напряжения шума.

Рис. 8.7. Установка для измерения отношения сигнал/шум на выходе УЦОС.

Оба канала имеют одинаковые коэффициенты передачи для сигнала, поскольку входящие в них УЦОС и аттенюаторы идентичны. Однако отношение сигнал/шум на их выходах резко отличаются. Испытуемый УЦОС помещен в 1-й канал. Амплитуда U _ВХ устанавливается достаточно большой, такой, чтобы в УЦОС 2 разрядная сетка АЦП была бы полностью заполнена. Однако аттенюатор Атт.1 понижает уровень входного напряжения УЦОС 1 на несколько порядков, и отношение сигнал/шум на выходе 1-го канала оказывается весьма малым. Во 2-м канале на выходе УЦОС2 отношение сигнал/шум оказывается настолько большим, что действием шума на выходе можно пренебречь. Очевидно, что такое же отношение сигнал/шум сохраняется и на выходе аттенюатора Атт.2. Таким образом, на выходе 1-го канала действует сигнал и шум, а на выходе 2-го канала – только сигнал, который используется в качестве компенсирующего напряжения. Эффективное напряжение шума измеряется после предварительного усиления.

При оценке шумовых свойств линейных фильтров важным является не абсолютное значение шума, а превышение сигнала над этим шумом, т.е. отношение сигнал/шум. В рассмотренной установке для определения отношения сигнал/шум уровень сигнала измеряется вольтметром на выходе 2-го канала.