Диссертация (1143140), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Коррекция должна быть индивидуально приспособлена для каждой схемы,что непригодно при массовом выпуске фотоприемных модулей. Кроме того, значительноеизменение коэффициента усиления с частотой означает уменьшение динамическогодиапазона ППУ. Вследствие указанных причин высокоимпедансные ФПУ не находятширокого применения в технике оптической связи.Рассмотрим в качестве примера применения методики эквивалентных каноническихшумовых схем расчет спектральной пороговой чувствительности ФПУ через известныйкоэффициент шума усилителя без ООС, учёт влияния обратной связи при этом производитсяс помощью выражений (2.5). Используем эквивалентную шумовую схему биполярноготранзистора, приводимую в [126] и представленную на рис. 2-4. Выражение для коэффициенташума F экспериментально подтверждено в очень широкой (вплоть до fT ) полосе частот [126]и может быть использовано для расчета чувствительности ФПУ.Rsg mVRB VBNRI NVC1RCNI mNR0VCNC2VsNRLREVsVENРис.

2-4. Эквивалентная П-образная высокочастотная схема замещениябиполярного транзистораВыражение для коэффициента шума имеет вид [126]: RM2 0 I CF   F 0    2 RsVT22   2  MN        1   AC    , 1    MN   T    MN   22где F 0   1  RB  H E0 RE  H C0 RC  I CRs2 RsVTRM 0 R0 Rs  RB  RE  R  ;RE   AC R0H E0 Rs  RB  R   AC R0 ;RE   AC R0(2.12) R20 RM2 0  ; hFE H T    AC  1 H E0  1  ; MN  RC1 HT  1   AC  g m R ;R hFE N FVT ;ICHT gm ICN FVTRE ;Rs  RBI1  CI KF;12R 012 1   T 2 R R  g m R0 Rs  RB  RE  ; 2qI e B  .;  EI MN  I N I N  2 RE   AC R0   1   T  Сопоставляя выражение (2.1) и (2.12) определяем шумовые параметры эквивалентнойканонической шумовой схемы биполярного высокочастотного транзистора (без ООС):60Rn  RB 22RC R  RB I 0  R2 g m2 RB2 R  RB  VT  hFE  2AC2AC R02 2AC2I C  2C12 R2 RB2 2 R  RB  4C12 R2 RB2  ;2VT  2ACT2  ACT2  AC Gn RCI C R2 g m2ICI C  2C12 R24C12 R2  ;22AC R02 2VT hFE  2AC 2VT  2AC 2VT   2ACT2  ACT2  AC 2 RnGn 2 RC R  RB  I C  R2 g m2  2 RB 2R  RB 2VT  hFE  2AC 2AC R022ACI C  2C12 R2  2 RB2 2  2R  RB  4C12 R2  2 RB  .2VT  2ACT2  ACT2  ACРасполагая шумовыми параметрами эквивалентной канонической шумовой схемыбиполярного высокочастотного транзистора без ООС (Rn, Gn, 2 RnGn и 2 RnGn ) спомощью выражений (2.5) получаем шумовые параметры эквивалентной каноническойшумовой схемы ФПУ с ООС: R fn, G fn,  2 RnGn  и  2 RnGn  .ffВыражение для спектральной пороговой чувствительности ФПУ (NEP) получаем,используя выражение (2.11).NEPBiTZ f12224kT rs pd Cd   Rnf Cd   Gnf  2 RnGn rs pd Cd  ,S(2.13)где S – токовая чувствительность фотодиода.Расчёты шумовых характеристик однокаскадных и двухкаскадных фотоприёмныхустройств, а также частотной зависимости чувствительности с использованием П-образнойэквивалентной шумовой схемы транзистора, чувствительности ФПУ с предусилителем набиполярном транзисторе с гетеропереходом и на полевом транзисторе в микроволновомдиапазоне приведены в Приложениях 1-5.Как указывалось выше, вторым возможным способом получения коэффициента шумаусилителей с ООС является использование эквивалентной шумовой схемы усилителя с учетомобобщённой ООС, предложенной в диссертации.2.1.2.

Коэффициент шума каскадных широкополосных усилителей сотрицательными обратными связямиОсновная идея методики расчёта коэффициента шума усилителей с любыми (какобщими, так и местными, внутрикаскадными) обратными связями состоит в том, что принекоторых сформулированных ниже допущениях коэффициент шума усилителя, охваченногообщей обратной связью, оказывается приближённо равным коэффициенту шума усилителя с61разорванной петлёй ОС. При этом влияние обратной связи учитывают введением в усилительдополнительных элементов с соответствующими параметрами [A27]. В этом плане применимтермин обобщенная ООС.ВходнаяцепьЦепьпрямойпередачи KНагрузкаaЦепьобратнойпередачи fРис.

2-5. Структурная схема усилителя с обратной связью общего видаРассмотрим усилитель с ОС общего вида (рис. 2-5) и будем описывать собственноусилитель (цепь прямой передачи) и цепь обратной связи матрицамиaиfсоответственно. В зависимости от вида ОС это могут быть матрицы y, z, а или h-параметров.Будем считать, что четырёхполюсники цепи прямой передачи и обратной связи характеризуютчетыре величины: 1 и f1 – на входе, g2 и s2 – на выходе.

В зависимости от вида ОС и,соответственно, матриц y, z, а или h-параметров  a и  f можно считать либо током, либонапряжением. Кроме того, будем описывать шум каждого четырёхполюсника двумяшумовыми генераторами: 1ш – на входе и 2ш – на выходе. При этом, если, например, 1ш –генератор шумового тока, а 2ш – шумового напряжения, то среднеквадратичное значение 12шопределяют флуктуации тока на замкнутых входных зажимах при разомкнутых выходных.Аналогично, среднеквадратичное значение  22ш определяют флуктуации напряжения наразомкнутых выходных зажимах при замкнутых входных. Тогда можно записать:гдеi12ш  4kTG11f ,u12ш  4kTR11f ,i22ш  4kTG22f ,u22ш  4kTR22f ,G11, G22, R11 и R22–вещественныечастисоответствующих(2.14)параметровчетырёхполюсников; f – интервал частот, в пределах которого G11, G22, R11 и R22 можносчитать постоянными.Параметры четырёхполюсников  и типы генераторов 1ш , 2ш всегда можно выбратьтак, что система уравнений, описывающая усилитель с ОС, будет выглядеть следующимнаиболее лаконичным образом:621a ag 2 f1 fg 2 a1g a 2aa 11f1  12s2 ;  a21 f1   a22 s2 ;(2.15) 11f f1  12f s2 ;ff  21f1   22s2 ; 1f   s  1aш  1fш   s f1 ; g 2f   a2ш   2f ш   L s2 .Здесь система параметров  выбрана так, что величины 1a , 1f на входе и g 2a , g 2f навыходе складываются, а f1 , s2 являются общими для цепей прямой передачи и обратной связи.Генераторы шума 1ш и 2ш одноимённы с 1 и g2 соответственно (например, если 1a , 1f– токи, а g 2a , g 2f – напряжения, то 1aш и 1fш будут шумовыми токами, а  a2ш и  2f ш –шумовыми напряжениями).

Генератор s является шумовым генератором входной цепи,также одноимённым с 1 , s и L – параметры, характеризующие входную и выходную цеписоответственно (в рассматриваемом случае это Rs или Gs = 1/Rs и RL или GL = 1/RL).Из (2.15) найдём:  s2  Aос   s  1ш  11  s  2ш  21(2.16)где обозначено 1ш  1aш  1fш ,  2ш   a2ш   2f ш , ij  ija  ijf , i, j = 1,2. Причём Aос()представляет собой коэффициент передачи усилителя с ОС [128]:s2 21K  s 1  K11   s  22   LAос   12 211  11   s  22   L,(2.17)где K,  – коэффициенты передачи цепей прямой передачи и обратной связи соответственно.Коэффициент шума F  s222s2 s , где s2 – значение шумового тока/напряжения навыходе при действии всех шумовых генераторов эквивалентной схемы, s2s – значениешумового тока/напряжения на выходе при действии только шумового генератора s .

С учётом(2.16) выражение для усилителя с замкнутой петлёй обратной связи Fос имеет вид2Fос  1 1aш  1fшs2222 a2ш   2f ш11 s2 21s2 11  s  a 2 Re    21 Здесь aи fсоответственно.21aш   a2шs22f22 1fш   2f ш 2s(2.18)– коэффициенты корреляции генераторов шума 1aш и  a2ш , 1fш и  2f ш63fЕсли разорвать цепь ОС и вместо неё ввести в усилитель два двухполюсника 11f и  22(рис. 2-6), шумы которых отражают генераторы, имеющие среднеквадратичные значениятока/напряжения2  (2.19)2f1ш  4kT Re 11f f и  2ш  4kT Re  22f ,то система уравнений, аналогичная (2.15), будет выглядеть следующим образом:1a ag 2 a1 ag 2aa 11f1  12s2 ;  a21 f1   a22 s2 ;  s  1aш  1ш   s  11f f1 ;(2.20)f  a2ш   2ш   L   22s2 .ВходнаяцепьНагрузкаЦепьпрямойпередачи K11f 22faРис. 2-6.

Структурная схема усилителя с разорванной петлёй обратной связиСравнивая среднеквадратичные значения 1ш2и  2ш2(2.19) с выражениями (2.14),можно заключить, что 1ш  1fш и 2ш   2f шАналогично предыдущему из (2.10) для усилителя с разомкнутой цепью ОС  s2  A  s  1ш  11  s  2ш  21(2.21)taгде A() отличается от Aос() лишь заменой  t21 и 12на  a21 и 12соответственно:A s2 a21K t s 1  K11   s  t22   La a12 211tt11   s  22   L (2.22)Следовательно, для эквивалентности рассматриваемых схем в смысле коэффициента передачи(A()  Aос()) достаточно выполнения двух условий:ft21   a21 , т.е.  a21   21(2.23)taaf, т.е.

Характеристики

Список файлов диссертации