ВЪТРЕШНИ ШУМОВЕ НА РАДИОПРИЕМНИТЕ 

УСТРОЙСТВА. КОЕФИЦИЕНТ НА ШУМА

И ШУМОВА ТЕМПЕРАТУРА 

1. Общи   сведения   за   вътрешните   шумове   на   радиоприемните 

устройства

Върху  радиоприемниците  освен   радиовълните,   носещи   полезната 

информация, въздействат и електромагнитни смущения с различен физически 
произход. Те пречат на правилното възпроизвеждане на полезната информация, 
затова са вредни. От местоположението на източника спрямо радиоприемното 
устройство, смущенията могат да бъдат външни или вътрешни. 

Външните  смущения   въздействат   върху   радиоприемника   основно   чрез 

приемната антена.

Вътрешните смущения се образуват в самите елементи на радиоприем-

ното   устройство.   Източници   на   вътрешни   смущения   са   токоизправителят, 
резисторите, трептящите кръгове, електронните елементи и приемната антена. 
Те могат да бъдат детерминирани и случайни. 

Детерминирано е например смущението, получено вследствие на недобре 

филтрирано напрежение в мрежовия токоизправител. Проявява се на изхода на 
радиоприемника   като   брум   (шум   с   определена   честота   –   50  Нz  при 
еднополупериодното и 100  Нz

при двуполупериодното изправяне за битовата 

мрежа и съответно 400 или 800  Нz  за самолетната променливотокова мрежа). 
Този шум е характерен само за мрежовите радиоприемници и тук няма да се 
разглежда. Борбата с детерминираните смущения е по-лесна, защото се знаят 
повечето от техните характеристики.

Случайните   смущения   спадат   към   групата   на   гладките   смущения   с 

флуктуационен (хаотичен) характер, затова се наричат още 

шумове

. Такива са 

смущенията   в   резисторите,   трептящите   кръгове,   електронните   елементи   и 
приемните антени. Техният честотен спектър е равномерен, непрекъснат и се 
простира   от   най-ниските   до   най-високите   честоти,   които   се   използуват   в 
радиотехниката   (3.10

12

 Нz).   За   радиоприемането   са   от   значение   само   онези 

съставки   от  честотния  спектър   на флуктуационните  шумове,  които влизат  в 
пропусканата лента на радиоприемника. Затова за тази честотна лента те могат 
с голяма точност да се приемат за 

бял гаусов шум

. При приемането на сигнали 

с умерено високи честоти те нямат практическо значение, защото нивото им е 
значително по-ниско от нивото на външните смущения. При СВЧ обхвата обаче 
нивото на вътрешните шумове е значително по-високо от нивото па външните 
смущения. В този обхват вътрешните шумове са най-важният фактор, който 
определя   реалната   и   граничната   чувствителност   на   радиоприемника.   Най-
неблагоприятни са флуктуационните шумове на приемната антена и на първите 

1

стъпала в радиоприемника, защото те се усилват от всички следващи стъпала. 
Борбата   със   случайните   смущения   е   по-трудна,   защото   повечето   от 
характеристиките им са неизвестни.

2. Основни   източници   на   вътрешни   шумове   в   радиоприемните 

устройства

а) вътрешни шумове на резисторите

Физически се дължат на топлинното движение на свободните електрони в 

проводника на резистора, затова се нарича още 

топлинен шум

. 

Използвайки законите на термодинамиката, Найкуист е доказал, че:

( )

∫

=

2

1

Re

4

2

f

f

n

df

Z

kT

E

  ,

където:

n

Е

 , V   е ефективната стойност на електродвижещото напрежение 

(е.д.н.) на шума;

2

2

n

n

E

E

=

  е усреднената стойност на квадрата на 

n

Е

 ;

k

 = 1,38 . 10 

-23

  , J/K   е константата на Болцман; 

Т

 , °K   е абсолютната температура на проводника на резистора;

Re (Z) , Ω   е реалната съставяща на комплексното съпротивление Z 

на резистора;

f

1

  и  

f

2

 , Hz   са граничните честоти на честотната лента, в която се 

измерва шумовото електродвижещото напрежение.
Този израз се нарича още 

формула на Найкуист

. Тя е справедлива при

h

kT

f

<<

  ,

където:

h

 = 6,62 . 10 

-34

  , J/s   е константата на Планк.

При стайна температура (20°С  или 

Т

 =293 °K) изчисленията показват, че 

горната   формула   е   справедлива   за   целия   диапазон   на   радиочестотите   (до 
3.10

12

 Нz). 

Когато резисторът има честотно независимо активно съпротивление R, то 

се получава следната 

опростена формула на Найкуист

:

n

n

kTRB

E

4

2

=

  ,

където:

n

B

 = 

f

2

 – 

f

1

 , Hz   е 

ефективната шумова лента

 - ширината на честот-

ната лента, в която се измерва шумовото електродвижещото напрежение.
Може да се изчисли, че при стайна температура (20°С  или 

Т

 =293 °K):

n

n

RB

E

25

,

1

=

 , µV .

където: R , kΩ ; 

n

B

 , kHz 

Всеки “шумящ”  резистор  със съпротивление   R   може да се замени с 

еквивалентен генератор на шумово напрежение, чието е.д.н. се изразява чрез 
опростената формула на Найкуист и вътрешното му съпротивление е  R , както 

2

е показано на фиг. 1 a) или с еквивалентен генератор на шумов ток, показан на 
фиг. 1 б) .

Фиг. 1.

Замяната   на   еквивалентния   генератор   на   шумово  напрежение  

n

Е

  с 

генератор   на   шумов   ток  

n

I

 ,   имащ   вътрешна   активна   проводимост    G ,    се 

извършва по формулите:

n

n

kTGB

I

4

2

=

и

R

G

1

=

  .

Когато  проводимостта е комплексна (Y), то формулата на Найкуист за 

шумовия ток 

n

I

 придобива вида:

( )

∫

=

2

1

Re

4

2

f

f

n

df

Y

kT

I

 , 

В радиотехниката често се използва съгласуване на товара, което означа-

ва равенство на активните съставящи на товара и вътрешното съпротивление на 
генератора,   а   на   реактивните   им   съставящи   –   равенство   на   модулите   и 
противоположни   знаци.   Мощността,   която   еквивалентният   шумов   генератор 
отдава върху съгласувания товар, се нарича 

номинална шумова мощност

. Тя 

се изчислява по формулата:

n

n

n

nom

n

kTB

G

I

R

E

P

=

=

=

4

4

2

2

  .

Номиналната   шумова   мощност   за   честотна   лента   от  

1  Hz

  се   нарича 

спектрална   плътност   на   шумовата   мощност

,   която   се   изчислява   по 

формулата:

kT

B

P

P

n

nom

n

s

n

=

=

  .

Графичното   изображение   на   зависимостта   на   спектрална   плътност   на 

шумовата мощност от честотата се нарича  

честотен спектър на топлинния 

шум

 и е показано на фиг. 1 в).

При последователно свързване на няколко съпротивления: 

R = R

1

+ R

2

+… 

шумовите   им   свойства   е   по-лесно   да   се   изразят   с   последователно   свързани 

E

n

R

I

n

G

10

12

f

, Hz

P

n s

P

n n

B

n

f

2

f

1

a)

б)

в)

3

еквивалентни   генератори   на   шумово   напрежение,   като   общото   шумово 
напрежение се изчислява по формулата:

...

2

2

2

1

2

+

+

=

n

n

n

E

E

E

При паралелно свързване на няколко съпротивления:  

G = G

1

  + G

2

  + … 

шумовите   им   свойства   е   по-лесно   да   се   изразят   с   паралелно   свързани 
еквивалентни генератори на шумов ток, като общият шумов ток се изчислява 
по формулата:

...

2

2

2

1

2

+

+

=

n

n

n

I

I

I

б) вътрешни шумове на трептящи кръгове

В  трептящия кръг източник на шум е само неговото активно съпротив-

ление, защото идеалните реактивности (капацитет и индуктивност) не създават 
шум (не “шумят”). Следователно всеки реален трептящ кръг може да се замени 
с   еквивалентен   генератор   на  шумово  напрежение  

n

Е

  и  вътрешно   съпротив-

ление   R  или с еквивалентен генератор на шумов ток  

n

I

 и вътрешна активна 

проводимост G . 

Активното съпротивление на паралелния трептящ кръг е:

( )

f

y

R

R

R

oe

oe

2

2

1

=

+

=

α

   ,

където:

e

e

oe

Q

d

R

ρ

ρ =

=

   е aктивното еквивалентно резонансно съпротивление 

на трептящия кръг;

C

L

C

L

о

о

=

=

=

ω

ω

ρ

1

   е характеристичното съпротивление на трептя-

щия кръг;

d

f

Q

f

f

f

f

f

Q

o

o

∆

=

∆

≈









−

=

2

2

α

   е обобщената разстройка на трептя-

щия кръг.

( )

2

2

1

1

α

+

=

f

y

   е квадратът на резонансната характеристика на треп-

тящия кръг.
Ако се приложи формулата на Найкуист за целия честотен диапазон, то:

( )

∫

∫

∞

∞

=

+

=

0

2

0

2

2

4

1

1

4

df

f

y

kTR

df

kTR

E

oe

oe

n

α

  . 

Като се сравни горната формула с формулата на Найкуист се вижда, че:

( )

∫

∞

=

0

2

df

f

y

B

n

4

Ефективната шумова лента 

B

n

  на трептящия кръг може да се представи и 

графично, като се съпостави с графиките на резонансната характеристика 

y(f)

 и 

нейния квадрат, както е показано на фиг. 2. Ефективната шумова лента 

B

n

   се 

изразява като основа на правоъгълник с височина 1, който има същата площ, 
както и площта, заключена между абсцисната ос и графиката на квадрата на 
резонансната характеристика 

 y

2

(f)

 .  

Фиг. 2.

Ефективната   шумова   лента  

B

n

    може   да   се   сравнява   с   лентата   на 

пропускане 

В

, която обикновено се измерва на ниво 0,5 по мощност (0,707 по 

напрежение   или   ток)   или     – 3  dB  в   логаритмичен   мащаб.   За   единичен 
трептящия   кръг    

B

n

  =   1,57  

В

  ;   за   двойка   свързани   трептящи   кръгове   при 

критична връзка  

B

n

 = 1,23 

В

 ; за филтър със съсредоточена селективност, чиято 

АЧХ   е   много   близка   до   правоъгълната    

B

n

  ≈  

В

  .   Същите   са   и  ефективните 

шумови   ленти   на   четириполюсници,   съдържащи   единичен   трептящия   кръг, 
двойка   свързани   трептящи   кръгове   при   критична   връзка   и   филтър   със 
съсредоточена селективност. 

в) вътрешни шумове на полупроводниковите диоди

Вътрешните   шумове   на   полупроводниковия   диод   в   отпушено   (прово-

дящо) състояние са два вида: дробов и топлинен. 

Дробовият шум

се дължи на 

неравномерното появяване на движещите се носители на електрически заряд в 
полупроводника. Той се изразява във флуктуации на постоянния ток 

I

o

 , който 

протича   през  

PN 

прехода.   Квадратът   на   ефективната   стойност   на   шумовия 

(флуктуационния) ток, дължащ се на дробовия ефект, се определя по формулата

n

o

n

B

I

q

I

2

2

=

   ,

където:

q

 = 1,6 10

-19

 , C   е зарядът на електрона.

Топлинният шум  

в обемното съпротивление  

r

d

  на диода се характери-

зира с шумово напрежение 

nd

E

. Квадратът на неговата ефективна стойност се 

изчислява по формулата:

n

d

nd

B

r

T

k

E

4

2

=

  .

5

Еквивалентната   шумова   схема   на   полупроводников   диод   в   отпушено 

състояние e показана на фиг. 3 а). Тя съдържа генератор на шумов ток, дължащ 
се на дробовия ефект  

I

o 

 и генератор на топлинно шумово напрежение 

nd

E

.

Фиг. 3.

Генераторът   на   шумов   ток   е   шунтиран   с   диференциалното   вътрешно 

съпротивление на диода  

di

du

R

dd

=

.

Когато   полупроводниковият   диод   е   в   запушено   състояние,   обратният 

шумов ток, дължащ се на дробовия ефект, е извънредно малък и може да се 
пренебрегне. В този случай еквивалентната шумова схема на полупроводни-
ковия диод получава вида, показана на фиг. 3 б). 

г) вътрешни шумове на усилвателните елементи
Шумове в биполярния транзистор

. 

Според физиката на произхода си те са три вида: топлинен, дробов и шум 

на разпределянето на емитерния ток. 

Топлинният шум 

възниква в областта на 

базата, колектора и емитера. Топлинните шумове, възникващи в областта на 
колектора   и   емитера,   са   извънредно   малки   и   може   да   се   пренебрегнат. 
Квадратът   на   ефективната   стойност   на   напрежението,   дължащо   се   на 
топлинния   шум   в   активното   съпротивление   на   базата  

r

b

,  

се   определя   по 

формулата:

n

b

nb

B

r

T

k

E

4

2

=

Дробовият шум  

възниква както в колекторния, така и в емитерния  

РN 

преход на транзистора. Той има същия характер, както в полупроводниковия 
диод.

Шумът  на разпределянето   на емитерния  ток  

се  дължи  на случайния 

характер на рекомбинацията на носителите на електрически заряд в областта на 
базата. Разпределянето на емитерния ток на базов и на колекторен в различните 
моменти от времето става неравномерно, затова базовият и колекторният ток 
получават допълнителна флуктуационна (шумова) съставка.

Една от разновидностите на еквивалентната шумова схема на биполярния 

транзистор,   включен   по   схема   с   общ   емитер   е   показана   на   фиг.   4 а).   Тук 
квадратите   на   ефективните   стойности   на   шумовите   токове  

I

n1

  ,  

I

n2

  и  

I

nC

    се 

определят по следните формули:

R

dd

I

n

a)

б)

E

nd

r

d

r

d

E

nd

6