Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 18
Текст из файла (страница 18)
96 (4.123) (4.124) (4.125) Параметры каскада связаны с парамепрами лампы следующим образом: Выходная емкость каскада (рис. 4,2б,б) включает в себя выходную емкость лампы С,„, емкость катод — нить канала, несколько влияющую на полосу пропускания каскада, и емкость монтажа Г1~ри выполнеяии катодного повторителя на лампе с экранирующей сеткой возможны два способа ее включения: пентодное, прн котс4ром отсутствует напряжение сигнала между экрани~рующей сеткой и катодом, и триодное, при котором отсутствует на44ряжение сигнала между экрапируюшей сеткой и общим проводом, т. е. анодом.
Постоянство напряжения между соответствующими электродами достигается с помощью фильтров, блокировочных конденсаторов, стабилитронов, двухобмоточных д4росселей или посредством соединения электродов между собой. 4.5. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В $ 2.9 отмечалось, что к внутренним помехам относится шум, вызванный тепловым движением частиц и различными п45оцессами, происходящими в усилительных элементах и что степень. влияния этих помех удобно оценивать коэффициентом шума, )формулы (2.71), (2.72)1. Там же было показано, что о~ношение напряжения сигнала к напряжению шума обратно пропорционально квадратному к4хрню из коэффициента шума.
Отсюда следует, что для повышения отношения сигнал-шум необходимо добиваться снижения коэффициента шума, зависящего от многих факторов. Для определения коэффициента шума усилительного каскада и условий его минимизации усилительный элемент и другие элементы схемы, обладающце эквивалентными сопротивлениями, 4нринято представлять эквивалентными источниками ЭДС и задающего тока (не считая пассивных элементов), как было показано на рис. 2.28. 4.5Н, ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА В шумовой эквивалентной схеме транзистора, изображенной на рис. 4.26, Са — общая шунтирующая емкость [формула (4.12)1, Г„Г, и Г, — источники теплового шума, создаваемого Рис 4.26. ШУ54онан акннналентнан схема каскада с ОЭ 97 4 — ! сопротивлениями источника сигнала )т„, вывода базы г'б и нагрузки )с„, а 1з и Га — источники шумового тока дробового характера.
Как было показано в 3 2.9, Еаю,=4ЫТ)7„ЬГ, Е'мб = 43 Тг бЛ1 1'аш а = 4 й Уба Л 1 Все независимые источники шума статистически не связаны н результаты их действия складываются по квадратичному закону. Согласно (2.71) коэффициент шума, представляет собой отношение суммарной мощности шума на выходе к ее составляющей, создаваемой источником сигнала.
Естественно, что вместо мощностсй можно брать квадраты напряжений, что и будет выполняться. Квадрат суммарного напряжения на выходе равен сумме квадратов напряжений, создаваемых источниками Г,, Гь Гм Гз и Гт, действующими независимо друг от друга. Составляющие выходного напряжения источников Гь Г. находятся путем умножения значений ЗДС Ем, и Еме' на сквозной коэффициент усиления, определяемый выражением (4.23), в котором для любой частоты следует заменить га' ° на 1 б'э !г'гб, +)юСе (4.132) где согласно (4.)2) Се=Се',Ч-3ЯчСч Задающий ток источника Гь проходя через соединенные параллельно Ег+ +г'а и хенч создает между точками б' — э напряжение, равное произведению тока ),мт на сопротивление (Юг+Ге)Ла'ч/(Рг+ге+Яьм); составляющая выход.
ного напряжения в 3Яч раз больше напряжения, существующего между точками б' — э. Составляющие напряжения источников Г, и Г, находятся путем умножения их задающих токов на чс . Квадрат суммарного напряжения шума иа выходе оказывается равным ~б э Уаюн =, (аггея) 43Т (гсг + г б) Л 1+ Рг + Еб + ~ага (йг+г б) 2б з +, (Я~йн) 43Тню Л 1+ )(чи43ТБю Ь 1+ Р~ябйгби й 1. И„+ г'б+ Яб.а (4.133) 33 где гхн=!Я . Задающие токи источников Гз и Гз находятся по выражениям: 1,,=4йтд Д1, (4,129) 1~вша = 4 йТБщб ~, (4. 130) где а = (,0,8 ... 1) дб „а 5„= (0,8 ... 1) 5г, причем наименьшее значение коэффициента характерно для германиевого транзистора, наибольшее — для кремниевого.
Квадрат задающего тока зависимого источника Г,, как обычно, равен 1'.. 4-— — 8', ий.б 3. (4.131) С учетом (4.15), (4.16) и (4.!32) последнее выражение может быть приведено к такому виду: б'э (~лйн) 4Л7 (йг+ г б) Д / иа „ а + ! ( г+ б'+гбэ) [!+(2п/Сй )а» (йг+с б) го'э (бсйн) 4ЛТяш Д/ + й и 4ЛГ5ш Д / + йаи 4ЛГГаи Д /. (йе+' б+'б )'[1+(2п/Сьй„)а» (4,134). Разделив (/' э на (гь,вЗгйь) 4ЛТйгд//(йг+г'ь+гь в) [1+(2п/Свйвв)а], найдем коэффициент шума ( г+ о+ го'э) (бш+оп) [1+ (2п/Сьй „)а] (ч.133) Решая уравнение Н вЂ” (ой + Ь+сйг) =О, находим йгшор! = [гс/и, Р !„= !+5+2]г'ш. (4.!41я (4.142) Для того чтобы получить представление о порядке величин йгп вра и гп пав, рассмотрим числовой пример.
Требуется определить оптимальное сопротивление источника сигнала, минимальный коэффициент шума, напряжение шума, отнесенное ко входу, прн шиРине полосы 1 кГц н его среднекзадратическое значение напряжения прн полосе 1 Гц у каскада с ОЭ на транзисторе КТ3635 с параметрами при (/и — — 5 В и /к 3 мА: /гр=!500 МГц, Сэ-2 пф, г'а=37,5 Ом, гь'в=935 Ом, Лпв =973 Ом, аз~э=70 для трех значений частот сигнала /=О, /=500 кГц и / 5 МГц при сопротивлении нагрузки йа=600 Ом. Предварительно следует определить недостающие параметры транзисторат /гав=/гр/Лмэ=!500/70=21,4 МГц, 5 =Лпэ/гь'в=70/935=65.10 См, Сь' ° = =1/2п/лпгь'в=0,159/21,4 10ь 935=8 !О 'а Ф, Св — — Сь'э+(1+5гйа)Св=8+(1+ +65 1О-'.600)2=88 пф, с„иьсь'в=1/гь'в=!/935=1,07 10-" См.
4в 99 Где йьи — (йг + г б) гб э /(йг, + г'б+ г ) и С,йви = !/г / (4.! 36) Выражение (4.135) показывает, что с повышением частоты при Д/</ коэф. фицнент шума возрастает, а при /=сопз1 оказывается минимальным при неко-. тором сопротивлении источника сигнала.
Для удобства вычислений выражение. (4,!35) представим в виде Гш =1+ айг+ Ь-»-с/й„, (4.137» где с учетом (4.30), (4.19) и 5,в=йагваэг.' "= йп+ (йгш/Лала + 1/Лааарйи) [1 + (2ат /Сьгбгз)а]; (4,138) б = 2 [г бйгш+ Лыэ (йгш/Лааэ+ ! /Л Майи) + (! + г бИш) (2М/Сатбгв )а/Латая]; (4.!39) с = г б (! + г бйгш) + Л ааа (Йп/Лата + 1/Л шайи) [! + (2ат /Сьгб э г б)а/Л ааэ]. (4.140) Сначала найдем шумовые показатели для /=О л = Кш+ йш/Лыа+ 1/ЛЯэхэ//и = 1,07 10 з+ 1,07.!О т/70+ 1/70э 600 09,10 — з См Ь = 2 [г'бЯш+ Лыэ (эш/Лэхэ+ 1/Лээхэ/7н)$ = 2 [37,5 1,07'10 З + + 973(1,07 10 — з /70+ 1/70з 600$$0 111 сэм г б(1-4-гпдш)+ Лххэ(пш/Лэх +!/Л эгэйн) = 37 5(1+37 5 1,07 !О )+ + 973э[1,07 1О З/70+ 1/70э 600) = 53,7 Ом, Йгш ор! = ".$гс/и = У' 53,7/1,09 1О З = 222 Ом, Рш !„— ! +о+2'[г оп= 1+0,111+2 $' 1,09 1О З 53,7 = = 1,591(2,02 дБ). Нвпряженпе шума, отнесенное ьо входу, рассчитывается по выражению (2.75) Ухш л = КЛ $/(Е~ — !) 4Л77(~ Л/ /К, где в данном случае У~ма=Ума, Я~=)7г, а для нахождения К и Кн следует обра- титься к формулам (4.33) н (4.34): Лэхэ)гн 70 600 = 43,2, Лххэ 973 Лэээ)7н 70 600 Кл = = =35.
/7г+ Лгхэ 222+ 973 Итак, Таблица 45 Шумовые параметры каскада с ОЭ )Е Ю о . я О о Е 1,591 2,02 1,611 2,!О 2,723 4,40 37,6 39,0 51,0 1,20 1,23 1,60 53,7 57,1 397 222 228 495 1,09 1,10 1,62 О,!!! 0,111 0,123 0 1 10 100 У, л =У,=35 $'(1,591 — 1)41,38 10 хз 300.222 1000/43,2= = 3,76 10 в В = 0,0376 мкВ. Поскольку Умэ было найдено для бг=! кГц, то его значение совпадает со среднеквадратическим значением, т. е.
Уг'=0,0376 мкВ/$г кГц или 1,2 нВ/ $г Гц. Аналогично рассчитываются шумовые параметры для частоты 1 и 1О МГц, но коэффициенты а, Ь, с находятся не по укороченным выражениям, а по формулам (4.138) — (4.140). Результаты расчетов снедены в табл. 4.5, откуда видно, что слагаемыми, содержащими /(„можно пренебречь, есян сопротивление нагрузки не слишком мало. Напряжение шума иа выходе зависит от частоты н полосы пропускаиия Л/. При выводе выражения (4.135) было принято, что в пределах Л/ свойства элементов каскада, в том числе транзистора, не изменяются, в противном случае следует заменить Л/ на ф/ и находить Уев и Лм путем интегрирования.
В области малых частот ([<!0...30 Гц) заметно сказывается шум, обусловленн овленный эффектом мерпания, среднеквадратическая мощность которого изменяется ется приблизительно по закону Ц. Это приводит к возрастанию коэффиииеита шума прн понижении частоты. При повышении частоты усилительные свойства транзистора ослабляются, уменьшается коэффициент передачи шума от источника сигнала н возрастает влияние источников шума Гз и Гз (рис.
4 26), что приводит к возрастанию коэффициента шума (~рис. 4.27). Определим коэффициент шума при 7=.0 н неоптимальном сопротивлении источника сигнала. Прн Я,=600 Ом, по формуле (4.37) получаем Рш = 1+ о)7г+ Ь+ с/)7г = 1+ 1 09.10-З.600+ 0 111+ 63 77600 2 66 т, е. 3,14 дБ. Шумовые свойства каскадов с ОБ и ОК также рассмотрим для областя частот, в пределах которой параметры транзистора можно считать веществеинымн, Эквивалентные схемы каскадов с ОБ и ОК (рис. 4.28) содержат те же источники шумовых ЭДС и задающего тока, Г Ю что и схема каскада с ОЭ. Для Рм )7гморз и Р ш справедливы выражения (4.137), (4.14!) и (4.142), причем для каскада с ОБ коэффициенты а и Ь определяются по формулам а.
аь2ш+оа, Ь 2[гаиш+ Ьыа(йт+ба)/Ьзы), а коэффициент с — по формуле (4.140) . При этом коэффициент шума у каскада с ОК оказывается практически таким же, что н у каскада с ОЭ, если 5~()7г+г'а) Ф1 и дам Гйай! Югга'а Р' 1. В табл. 4.6 приводятся значения шумовых Рис. 4.27. Зависимость коэфпараметров трех схем включения транзистора фипнента шума каскада с ОЭ КТ363Б прн [ О, от частоты ге!' х х Ь) ! Рис 4.28. Шумовые эквивалентные схемы каскадов с ОБ (а) и ОК (б) 101 Таблица 6 Шумовые параметры транзвсторных каскадов Сыма ныюсиния транаиста- Ра ш, дв ш ш!и' и, Ом гш ср! Р ш ш!и а, мСм 1,591 1,902 1,591 2,02 2,8 2,02 0,1! 1 О,!346 0,111 53,7 53,7 53,7 222 140 222 1,09 2,737 1,09 ОЭ ОЬ ОК Несколько ббльший уровень шума каскада с ОБ объясняется его худшими усилительными свойства|ми, из-за чего возрастает доля шума от напрузки.
Каскад с ОК по усилительным свойствам также уступает каскаду с ОЭ, но у него шум от нагрузки мало сказывается вследствие небольшого выходного соп!ротивления. Для получения возможно меньшего коэффициента шума, кроме соблюдения рассмотренного условия согласования по шуму, когда !с„=!С,,р! (достигаемого с помощью трансформато!ра), следует выбирать малошумящие транзисторы и применять режим работы с малым током коллект!хра (О, 1... 3 МЛ) и низким коллекторным нап!ряжением (1... 3 В). 4 а т, шумОВые пАРАметры пОлеВых тРАизистОРОВ У полевых транзисто!ров основнымн видами помех являются тепловые шумы токопроводящего канала, Практически при нахождении коэффициента шума достаточно учесть влияние трех источников (рис. 4.29) Ги Гв и Гш создающих ЭДС Е'шг = 40'Зг б 1 (4.143) и задающие токи Р„н а = 4 й Т 3 Ь 1, Раша=4а'Гбнсх7, (4.144) (4.145) Рт а Рис 429 Шумовая зквнвалентнав схема каскада с ОИ пренебрегая активной составля!ошей входной проводимости лам= .17Г, жО Н ОбЕИМИ СОСтаВЛяЮщИМИ ВЫХОДНОЙ ПрОВОдИМОСтИ Ис = ° =1/ген О н соСттм О.
Прн этом 102 (ув 4 й Т Рг Ь 1 1+(2н)С„Д„)в ' и' „=(т„)'и',+4йт(8+С„) ЦК „= ", +4йТ(Я+Он) ~11*в' (4 146) 1 + (2а 1 Св* йг)в Коэффициент шума равен отношению квадрата напряжения выходного шума У'ш, к его значению при отсутствии источников Г, и Г«ь равному 4йТ««„АЯ[+(2««(С,„)««,)х), т, е. г 1 (й+6н)[1+(2н/Сввп)в[ (4. 147) яг Зв Это выражение справедливо для узкой полосы частот Л[«)„в пределах кот«зрой допустимо считать 2л[С,„Я,внсопз1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
