Например, схема с отношением сигнал/шум на входе 70 дБ и отношением сигнал/шум на выходе 65 дБ имеет коэффициент шума 5 дБ. Чем меньше коэффициент шума, тем лучше шумовые характеристики системы (схемы).

Когда известны коэффициенты шума каждой составной части системы в отдельности, можно вычислить общее длй нее отношение сигнал/шум путем первоначального вычисления общего коэффициента шума. Скажем, в системе, изображенной на рис. 9.10, выходной сигнал преобразователя сначала усиливается, а затем отобража-

ПреоВразоВатем

Усилитель

Дисплей

<

Отношение сигнал/шум на Выходе раВно 60 ft,B

Рис. 9.10. Учет коэффициентов шумов каждой составной части системы для вычисления общего отношения сигнал/шум

ется на приборе с подвижной катушкой или на простом индикаторе. Контроль за измеряемой величиной осуществляется за счет считывания показателей отображающего прибора.

Теперь рассмотрим простой пример. Преобразователь имеет отношение сигнал/шум на выходе 60 дБ. Между ним и усилителем, а между усилителем и отображающим прибором имеются соединительные провода с коэффициентом усиления по мощности (Pci и Рсз) 0,25. Они являются резистивными и пассивными, поэтому не дают усиления, а только ослабляют сигнал. В таких частях системы коэффициенты шума (Fi и F2) просто обратно пропорциональны коэффициентам усиления, в частности, в соединительных проводах коэффициент шума равен 4. Отображающий прибор, как и провода, также является пассивным, его коэффициент усиления Ро4==0,5, а следовательно, коэффициент шума составляет 2. У усилителя коэффициент усиления по мощности Рс2=100. Это активная часть системы. Собственный коэффициент шума усилителя составляет, скажем, 4.

Общий коэффициент щума определяется из соотно-

щения

Р = Рг +

G1

01 G2

Gl G2 G3

Подобные вычисления легко выполнить для любого числа составных частей системы. Необходимо только, чтобы для них были известны коэффициенты усиления -.по мощности и коэффициенты щума. ( В нащем примере указанное соотнощение дает следующее значение коэффициента щума:

{F=4 +

= 16,07 (примерно 12 дБ).

0,25 100 25

Общее отношение сигнал/шум поэтому вычисляется как разность между отношением сигнал/шум преобразователя и коэффициентом шума схемы сопряжения, т. е. 60-12=48 дБ. Это значение может быть удовлетворительным или неприемлемым в зависимости от типа системы.

На рис. 9.11 показано, как инженер может спроектировать систему, чтобы уменьшить воздействие шумов. Здесь те же составные части, что и в ранее рассмотрен-

Кабепь с пренебрежимо малыми потерями и коэ1ррии,иентом шут

Преобразователь

Усилитель

Отношение сигнал/шум на выходе равно 60 д£

Рис. 9.11. Ул5чшение вбщего отношения сигнал/шум за счет размещения усилителя вблизи преобразователя

fuou системе, однако между преобразователем и усили- телем используется неббльшой соединительный кабель - настолько короткий, что можно пренебречь по-- терями мощности в нем и собственным коэффициентом шума. Это соответствует случаю, когда преобразователь вместе с интегральной схемой сопряжения применяется для наблюдения за измеряемой величиной.

с помощью того же самого соотношения, что и для ранее рассмотренной системы, получаем новое значение коэффициента шума:

=Л + -р--hp р -=

+ loo" ~25 (примерно 6 дБ).

Таким образом, общее отношение сигнал/шум системы в этом случае улучшилось примерно на 6 дБ.

Полученный результат свидетельствует о том, как важно разместить преобразователь в непосредственной близости от первого каскада усиления в схеме сопряжения. Длинные соединительные провода вызывают шумы, которые дают низкое отношение сигнал/шум. Кроме того, приведенные примеры показывают, что коэффициент шума системы почти полностью зависит от коффициен-та шума первого усилителя (поскольку коэффициенты шума других частей играют относительно малую роль в вычислениях общего коэффициента шума системы).

С этой точки зрения становится понятным использование малошумящих предусилителей в первых каскадах схем сопряжения измерительных систем. Там, где это возможно, малошумящие предусилители следует размещать вместе с преобразователями в одном корпусе.

В приведенных рассуждениях вводились некоторые упрощения при рассмотрении коэффициента шума. Действительное значение коэффициента шума зависит от существенно большего числа факторов, например температуры, диапазона частот и выходного сопротивления предыдущего каскада.

Аналоговые и цифровые системы преобразования

На определенной стадии анализа измерительных систем инженер должен рассматривать и цифровые преобразования. Поскольку все преобразователи по существу являются аналоговыми, это означает, что необходимы переходы от аналоговых сигналов к цифровым. Существуют разные способы осуществления такого перехода, они будут рассмотрены ниже.

Важным моментом в операциях цифрового преобразования является то, что любой цифровой сигнал содержит дискретные значения или фиксированный шаг в не-