Miernik wzmocnienia i szumów

według DF1VH 

Miernik

Jednym z najtrudniejszych problemów z jakim mamy do czynienia podczas     
uruchamiania niskoszumowych wzmacniaczy w. cz. jest pomiar wzmocnienia i szumów.     
Najczęściej dostrojenie wzmacniacza na minimum szumów nie pokrywa się ze zestrojeniem     
na maksimum wzmocnienia. W literaturze opisane było parę układów mierników     
wzmocnienia i szumów. Najbardziej znane jest rozwiązanie PA0HRK bazujące na koncepcji     
CT1MK. Wadą jego była konieczność pomiaru układów charakteryzujących się pewnym     
wzmocnieniem. Drugą bardzo poważną wadą układu był bardzo duży błąd pomiarowy dla     
źródeł szumów o niskim ENR wynoszący 1,5dB na dole zakresu pomiarowego i 7dB na górze     
(dla ENR 5 dB), wynika to z uproszczonego obliczania współczynnika szumów w     
opracowanym mierniku. Błąd pomiaru układu PA0RHK dla źródła o ENR 16dB wynosi 1dB     
do NF <10dB a więc jeszcze do zaakceptowania. Dla wzmacniaczy o NF <2 jest mniejszy od     
0,2dB. W jednym z ostatnich numerów DUBUSA pojawił się układ opracowany przez     
DF1VH. Konstrukcja ta posiada szereg zalet: badany układ nie musi charakteryzować się     
wzmocnieniem, posiada lepszą rozdzielczość pomiaru i mniejsze odchylenie standardowe     
wyniku pomiaru. Większa dokładność pomiaru wynika z niestosowania uproszczonego wzoru     
do obliczeń współczynnika szumów oraz podniesieniu stosunku sygnał/szum a tym samym     
precyzji i dokładności wyniku pomiaru dzięki długiemu czasowi uśrednianiu sygnału     
(uzyskano to dzięki przetwarzaniu analogowo-cyfrowemu). Wykonany przeze mnie układ     
posiada szereg zmian w stosunku do oryginału: zbudowany jest na procesorze ATTINY 2313     
(w oryginale AT90s2313), wzmacniacze ERA3 wymieniono na MAR-y 6 (zmieniono     
oporniki zasilające wzmacniacze z 220 om na 470 om), dodano lepszy zasilacz, zastosowano     
źródło napięcia odniesienia TL431. Dodano zewnętrzny przycisk kalibracji (zerowanie     
procesora). Układ działa następująco: MAR-y 6 wzmacniają sygnał, ad8307 przetwarza     
zmiany sygnału w.cz. na zmiany napięcia, a procesor liczy wynik pomiaru (program napisany     
został w języku BASCOM). Przetworzenie sygnału na postać cyfrową zapewnia przetwornik     
LTC 1860 (rozdzielczość 12 bitów). Uruchomienie układu sprowadza się do ustawienia     
potencjometru ustawiającego napięcie odniesienia na 4,096V, jego korekcja może być     
wymagana gdy napięcie na wyjściu AD8307 nie zmienia się dokładnie 25 mV na dB. Do     
układu można wpisać dwie wartości ENR. Zakres pomiarów szumów od 0 do 20dB w dwóch     
zakresach. Przyrząd obsługuje się następująco, najpierw łączy się źródło szumów z wejściem     
miernika, naciska przycisk resetujący procesor, a po zapaleniu drugiej diody podłącza     
mierzony układ. Wynik wymaga przeliczenia np. wynik podany jako 251 oznacza to, że     
mamy wynik 2,51dB (w nawisie podana jest rozdzielczość 0,01dB)– to samo dotyczy     
wzmocnienia. Rozdzielczość wyniku pomiaru szumów wynosi 0,1 lub 0,01 dB (w zależności     
od zakresu pomiaru szumów). Rozdzielczość pomiaru wzmocnienia 0,01 dB. Szumy mogą     
zmieniać się na niższym zakresie szumów co 0,04 dB lub 0,16 dB na wyższym zakresie.     
Opisana rozdzielczość wynika z zastosowanych przybliżeń ale i tak jest lepsza od dokładności     
AD8307. Częstotliwość pracy układu wyznacza częstotliwość zastosowanego filtru pasmowo-    
przepustowego. Układ wymaga zewnętrznego generatora szumów. Cały układ jest bardzo     
prosty do uruchomienia. Wszelkie aktualizacje programu będą dostępne na maila.     

 

 
 

 
Kliknij na schemacie by go powiększyć
 
W obecnej wersji, nie montujemy tranzystora kluczującego zasilacz i transoptona na module zasilacza a stabilizowane napięcie zasilania dajemy na transopton na module procesora 
 
Generator szumu 
 
 Niezwykle ważnym problemem przy pomiarze szumów jest kalibracja sondy szumowej oto jedna z metod autorstwa n6izw (wymaga ona jednak źródła o znanym poziome szumów -
referencyjnego)
 
 

 
 
 
Jedna z lepszych metod konstrukcji źródła szumów (elementy 0805). 
 

 

 
 Druga z metod kalibracji źródła szumów

(metoda ta jest metodą tzw. absolutną -wzorcową)

Nie istnieje u mnie w domu możliwość skalibrowania źródeł szumu przeze mnie.  Wymagało by to posiadania ode mnie odbiornika na każde pasmo. Jest to oczywiście mało realne. Czynność tę wykonuje się samodzielnie.

 
Arkusz wyznaczający ENR twojego źródła szumów (opis poprowadzi cię jak za rączkę). Arkusz może być otwarty openoficem lub msoficem.
 
Oczywiście możesz też kupić fabryczne źródła szumów, np: NC1109A -cena 230 usd,   HP 346C
10-26 GHz cena 2000usd (ceny za układy używane),  czyż  nie warto zrobić samemu? Układ jest praktycznie ten sam, różnica specjalna dioda szumowa (kosztuje około 40 euro). Co ciekawe nie jest aż tak wiele lepsza niż dioda Zenera (defakto diody te są najprawdopodobniej odpowiednio dobranymi Zenerkami)

Dziękuje Stefanowi SP9QZO za pracę "eksperymentalną"