kT Watts/Hz
kde k je Boltzmanova konstanta.
k = 1.38 x 10^-23 J/K.
|
| Obrázek 1. Ideální nešumící zesilovač |
Na obrázku vidíme, že jsme do zesilovače pustili signál široký 1 Hz o výkonu P = kT a na výstupu zesilovače jsme obdrželi signál o výkonu Po = GkT.
Jenže skutečný zesilovač má vestavěný interní generátor šumu (viz 1997 ARRL Handbook, strana 17-4), takže ve skutečnosti se výstupní výkon zvětší o interní šum zesilovače:
 |
| Obrázek 2. Zesilovač s tepelným šumem Tn |
Tento šum Tn nazýváme šumovou teplotou zesilovače.
Tuto šumovou teplotu Tn můžeme určit připojením vstupu zesilovače ke zdroji se známou šumovou teplotou T při zapnutí a při vypnutí a změřením těchto dvou úrovní výstupního výkonu. Detailní popis je zde.
 |
| Obrázek 3. Dva zesilovače za sebou |
Výstupní výkon prvního zesilovače G1(T1+T) je přičtěn k šumovému výkonu druhého zesilovače a zesílen
G2(T2 + G1(T1+T)) = G2G1(T1 + T2/G1 + T).
To znamená, že dva zesilovače v kaskádě za sebou jsou ekvivalentní jako jeden zesilovač se ziskem G1G2:
 |
| Obrázek 4. Zesilovač ekvivalentní kaskádě na obrázku 3 |
se šumovou teplotou Tn = T1 + T2/G1.
Závěr: Šumová teplota Tn dvou zesilovaču v kaskádě je rovna šumové teplotě prního plus šumová teplota druhého vydělená ziskem prvního.
Tn = T1 + T2/G1.
První zesilovač tak "vymaže" šum druhého zesilovacího stupně.
Příklad 1: První zesilovač má zisk G1=16 (12 dB) a šumovou teplotu 28 K. Druhý zesilovač má šumovou teplotu 200 K. Ale zapojením obou zesilovačů za sebou dostaneme přijatelnou šumovou teplotu: 28 + 200/16 = 40.5 K.
Příklad 2: Kus koaxiálního kabelu s útlumem 1 dB na našem pracovním kmitočtu je následován nízkošumovým předzesilovačem se šumovou teplotou 28 K. Jaká je šumová teplota výsledného systému?
Představme si kabel jako zesilovač se ziskem -1dB, tj. G1=0.79. Předpokládejme kabel víceméně pokojové teploty 290 K. Tento kabel připojíme k nekonečně dlouhému kabelu stejného typu a teploty. Vstupní i výstupní teplota tohoto kabelu musí být 290 K, protože vstup i výstup jsou připojeny na nekonečné vedení. Takže náš krátký kus kabelu pak musí mít teplotu Tc
G1 (290 + Tc) = 290,
i.e.,
Tc = 290/0.79 - 290 = 77 K.
To znamená, že náš krátký kabel následovaný nízkošumovým předzesilovačem má téměř neužitečnou šumovou teplotu
Tc + 28/0.79 = 113 K.
To je důvod, proč předzesilovače slabých signalů musí být montovány hned u antény. I jen malý kus kabelu zvětší šumové číslo přijímače a obvykle sníží citlivost. V provozu EME musí být často instalován druhý předzesilovač na stožáru, aby eliminoval šum indukovaný do dlouhého antenního svodu.
F = G(Tn + T)/GT = (Tn + 290)/290 = Tn/290 + 1,
t.j.
Tn = 290(F - 1).
V jednotkách dB vyjádřeno:
f = 10 log F.
Zde je převodní tabulka a zde převodní program:
Příklad 1: Zesilovač má šumovou teplotu Tn = 60 K. Potom šumové číslo je
F = 1 + Tn/290 = 1.21
a vyjádřeno v jednotkách dB
f = 10 log F = 0.82 dB.
Příklad 2: Zesilovač má šumové číslo f = 1.5 db. Potom jeho šumová teplota Tn je
Tn = 290(F-1) = 290(10^(f/10) - 1) = 120 K.
To reach the author's homepage click on
W8MQW .
The author welcomes comments via email.
Překlad Petr Bravenec, OK2PID