Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 [156] 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

Первый каскад реального усилителя создает на выходе шум

Рш.вх{Кш1-I) KpiKp2 ... Крп,

где /Сш1 - коэффициент шума первого каскада. Второй каскад на выходе усилителя создает шум

Рш.вх {Кш2 ~ 1) Кр2Крз . . . Крп,

где Кш2 - коэффициент шума второго каскада, и т. д., наконец, «-Й каскад создает шум

Рш.вх {Кшп ~ 1) Крп.

Суммируя все мощности шумов и деля на мощность шумов идеального усилителя, получаем коэффициент шума всего усилителя, равный

+ ... + -. (19.42)

API APlAPS АР1АР2 . • • AP(n-I)

Выражение (19.42) показывает, что наибольший вклад в коэффициент шума усилителя или приемника вносят первый и второй каскады усиления. Включение в качестве первого каскада (до преобразователя частоты или смесителя) малошумящего усилителя с большим коэффициентом усиления позволяет значительно уменьшить общий коэффициент шума усилителя или приемника.

Измерение коэффициента шума. Коэффициент шума усилителя можно измерить следующим образом. Измерим сначала шумы на выходе усилителя, ко входу которого подключен резистор, имеющий сопротивление, равное сопротивлению источника сигнала. Резистор называется эквивалентом генератора (для приемника - эквивалентом антенны). Он находится при комнатной температуре 3" = 293 К. Затем подключим ко входу усилителя последовательно с сопротивлением эквивалента генератора регулируемый шумовой генератор. Изменяя мощность колебаний на выходе шумового генератора, добьемся удвоения выходной мощности шумов.

В первом случае мощность шумов на выходе

Рш.вых\ - KmkT А1эфКр.

Во втором случае

Рт.вых2 = 2Р ш.вых1 = KmkT/S.fg0Kp + Р ш.гКр.

Таким образом,

2КиЛТА!,ф = КшкТАф + Р.з,

откуда следует, что коэффициент шума исследуемого усилителя

Кш=Рш.г!кТА1,ф, (19.43)

где Рш.г-измеренное значение входной мощности шумового генератора, включенного на входе усилителя. В качестве генератора шумов часто применяют калиброванный шумовой диод, рабо-



тающий в режиме насыщения тока эмиссии, по значению которого определяют уровень вводимых шумов. Когда шум не является белым, различают коэффициент шума на данной частоте Кш(П, называемый также узкополосным коэффициентом шума, и усредненный коэффициент шума

СО оо

Кш.ср =/Кш{П\Нif) IЩ/ J\Hif)\Щ, (19.44) о о

Кш.ср= JKif) \H{f) \4JI\H(f) I La/,. (19.45)

Эффективная шумовая температура. Коэффициент шума мало-шумящих усилителей и приемников бывает близок к единице. Поэтому для характеристики шумовых свойств малошумящих усилителей и приемников используют так называемую эффективную шумовую температуру, которая вводится следующим образом.

Коэффициент шума приемника можно записать как отношение суммарной мощности шумов на выходе приемника, состоящей из мощности тепловых шумов эквивалента антенны и мощности шумов АРш.пр, внесенных приемником, к мощности составляющей шумов на выходе, создаваемой эквивалентом антенны:

РЫзфКр- АРщ.пр . АРщ.пр / J g 46)

kTAfKp " kTAUKp \

где Т - температура эквивалента антенны. Появление на выходе шумов, дополнительных к усиленным шумам эквивалента антенны, можно трактовать как повышение температуры эквивалента антенны на величину эффективной температуры Тэф, т. е. считать дополнительную мощность шумов, вносимых приемником,

АРш.пр = kTAfa0Kp.

Тогда согласно (19.46) коэффициент шума Кш==-\-Тзф/Т. Отсюда находим эффективную шумовую температуру приемника

Таф={Кш-1)Т. (19.47)

19.8. ШУМЫ В ТРАНЗИСТОРАХ

Шумы в биполярных транзисторах. Главным источником шума в биполярных транзисторах являются процессы генерации и рекомбинации пар электрон - дырка в базе. Шум этого вида называется генерационно-рекомбинационным. При этом происходят изменение плотности свободных носителей и флуктуации тока в р-п переходах. Такой шум по своей природе близок к дробовому.

Другой вид шума в биполярных транзисторах - диффузионный шум, который по своей природе является тепловым. Кроме того, тепловое движение носителей приводит к возникновению шумового напряжения на распределенном сопротивлении базы Гб\б. Основной составляющей шума в транзисторах является дробовой



шум в р-п переходе, связанный с флуктуациями потока носителей, преодолевающих потенциальный барьер.

Кроме того, в полупроводниковых устройствах имеют место шумы, связанные с фликкер-эффектом (см. § 19.6).

Шумы Б униполярных транзисторах. В униполярных транзисторах шум значительно меньше, так как ток транзистора создается носителями основного типа, концентрация которых мало зависит от температуры и генерационно-рекомбинационные процессы не играют в них сколько-нибудь значительной роли.

Главными составляющими шума униполярного транзистора являются тепловые шумы, возникающие в проводящем канале, и дробовые шумы тока затвора.

Коэффициент шума транзистора. Шумы транзисторов оценивают коэффициентом шума, характеризующим увеличение мощности шума на выходе по сравнению с тепловыми шумами источника сигнала. Типичная идеализированная зависимость коэффициента шума от частоты для малошумящих биполярных и униполярных транзисторов показана на рис. 19.6.

При уходе из области средних частот в сторону уменьшения или увеличения частоты наблюдается рост коэффициента шума. При уменьшении частоты рост вызван возрастанием шумов, связанных с фликкер-эффектом. При увеличении частоты рост коэффициента шума происходит из-за уменьшения коэффициента усиления сигнала.

Коэффициент шума сильно зависит от сопротивления источника сигнала. Для усилителя с биполярным транзистором коэффициент шума минимален при сопротивлении источника сигнала Рг = 0,5-1 кОм.

У полевых транзисторов коэффициент шума уменьшается с увеличением сопротивления источника сигнала. Обычно этот коэффициент измеряют при сопротивлении генератора Рг=1-Ю МОм.

Зависимость коэффициента шума от сопротивления источника сигнала учитывается на стадии проектирования усилителя. При низкоомном источнике сигнала коэффициент шума усилителя



(l-q)f

Рис. 19.6. Примерная зависимость коэффициента шума от частоты для униполярного (----) и биполярного (-----) транзисторов



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 [156] 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0093