Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (5-е изд.,1998) (1151957), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Однако, хотя источник и бес. шумный. на выходе будет некоторый пзум. поскольку усилитель имеет шумы. Тепе представьте конструкцию рис 7.41,6, которой мы волшебным образом сделалх усилитель бесшумным и привели нсхоч ник 7(„к некоз орой температуре Т„, таков что оыходиое ххапрчжеххие шуми стало пххь ким лсе, как и парис. 74да. 7 называется темперахурой шума данного усилите.зя для полного сопротивления исз очипка й, Как мы огмечали ранее. коэффициент..
шума и температура шума представляют собой просто разные способы выражения одной и той же информации В самом:,'~:)', деле, можно показать, что они связаны,',(1 д(зут с д(зугом следунлцими соотиоще Т„= Т(Ш' '""'"" — 1), КШ(лБ) =- 1018(Т,хТ.1 1), где Т температура окружающей срелыь,,;,ь) обычно принимаемая равнои ?90 К Вообще говоря. хорошие малогцуыя1 шие усилители имеют температуру шума:,'.:1,, гораздо ниже комнатной (илн это экви.,"„ валентно тому, что коэффицисн ~ шуя(ду.'~.' у них много меньше 3 дБ). Позже в Отде,1' главе мы обьясним, как можнх измерять .' коэффициент (или температуру) цьуья) "-", уСИЛИ7ЕЛя. ВНаЧаЛЕ.
ОдНаКО. НаМ Нужда:,,:х. разобрагься в шумах транзисторов и мье,д тОДаХ ПРОЕКтИРОНаина МаЛОП7574ЯЦ1ЯХ.::":,'х схем. Мы надеемся. что последующие раег'.'," суждения прояснят;о. что час ю хц крыто:й мраком непонимания Мы вверены, что, прочитав слслующве. „:";; два разде ы, вь' нико. да больше не 07)дете;=,",")х!7 ввезены в заблуждение коэффицненхон:;:,!у шума! 7Л3. Шум тока и напряжения траизись о(хнах о усилителя ау ((1ум. порожлаемын уснчихЕ см Зсххл:'*'!:,~Ю описа~ь с помощью простой молоти. до с~ почно очной для мно:их дезен, Вя "- Рн х 7 4' . обозначаех источник шУььа ." Нацря Кеххдя, щж ~сдхсхиатЕЛЬНЫй т Оьааа -';, шению к вхоушом» сигналУ, а хм обозна чаех шум входного хека Транзнс; ор ( !,"., вообацс чд или гильд предги лагос: ья «хЕ ':,Ф( гдумным н просто усиливасз напряжеЫ~: ':'-)ь входного шума.
коз орое приходи: х невгуг " ХГХ, Моволь ыхмов трвихиохор образом, усилитель лает полисе ение шума е,, которое. будучи от ко:вхолу, равно ГЬКГ~Е~~ -1- (Я„(м)~1' ~ В Тц' О .-.;:~лагаемых в скобках-.эю просто ' '.напряжение шума и напряжение ,ьзнорождаемое прохождением шума ' гп тока усилителя через сопротив ' источника. Так как эти два шума О'нс коррелированы, то, складывая 'ты их амплитуд. получим зффек напряжение шума, постуцающег.о ель. Првг мазом сопротивлении а преоблаласт шум напряжения н большом — хцум тока с.
7.43 лля иллюстрации привело ~„,,7 =1ЬО 7и 7 1О,О8- ) -!ОО х ,,4З, Зависимо'ь хвивввьюиог .рх.мькввар *. иковом о имряжоивх ~хпьхв: и вххлыь ' мяыхОР7 Цв~хьхьч1 Цмохо, га 1ьТххотьо ны кривые зависимости е„, и („от н ( для 2Р(5087 Сейчас мы постараемся вникнуть в нсктгорые лехали, описывая зпи величины и демонстрируя, как вести проектирование для минимизации шума Стоит отметить., ч ~ о шум напряжения И 7ОКа дэя Храиэнетпра Лсжнх В днацаЗО- нс нановольз и цикоампер на корень из ~ерца.
Шум напряжения е,„. Эквиваленхный генератор шумового напряжения рассмагривают как включенный последовательно с базой транзистора. Эзот генератор представляет сумму теплового шума, порожденного обьемным сопротивлением базы г,-„и дробового шума коллскторного тока. порождаюшыо шум напряжения на дифференпиальном сопротивлении эмиттера гэ Эти лва слагаемых имею.г следующий вил е,'„, =- 48Тгг ь 2х((иг-х =. = а(Т;,, —, 2((.7)':(д(к) В-', Гц Они являются гауссовскими белыми шумами. В дополнение к гному сугцествчст нскоз орый фликкер-шэм, порожденный прохождением тока базы через гв Он существен только при больших токах базы, т е при больших хоках коллектора Поэхом) величина е„, постоянна в большом диапазоне значений тока коллектора: она увеличиваегся при малых токах (дробовой пгум тока через возрастающее сопротпввение «,) и при лостазочно больших токах (шум фликкер-эффекта от про ХОяоцЕНня (Ь ЧЕРЕЗ Гь ПОСЛЕдинй ЭффЕК7 сушес~вен только на низких частотах из-за зависимости 1 Г Например.
на час 1отах свыте 10 к1 ц 5 21х(5087; „равно 5 нВ 1 и' " при (х =- (10 мкА н 2 нВ. ( 77' ' цри (и —:- 100 мкА На рис 7.44 показаны КРИВЫЬ Зьхлхвеннпетьх Г. От Чаетьнь И ка лля малошумяшей дифферехшиальнои прп-пары Т М 394 и малошумяшего 2ЯУ786 произво,истаа фирмы 'Тоуо — Войт В по. след ~ем хгсххо чьзуе гся специальная гео. "ц:717ня для достижения необычанно низкого х, —.— 4 Ом. что позволяет получить самые пизкнс на сегодня значения и„, Шчм тока ... Шумовой ток следчех учи.ывап:. так как оц порождает лополнихельный тум напряжения на полном 462 Глана 7 Врншоипнныс схемы и малс«дуняшка аппаратура 463 1О,О ШО Г 10 г- 1«- ~цк! О,О! ~- .'! \О 1ОО 1ООО 7„, мкй Ю«О 1 2 лигач го 10 шо шоо мкй Рис.
744. Зчаисимгнт«нхгглисггг иапраъання шума г, ст ксллскгсрисгс тока дзя лаух мазсдумягдих Он полярньгх транзнс1срса 1 3- 0.1 1 и!48 хо,оф -й!4-1~.. Оз М аз 104 жь 0 Часггггкг'а, ! д )зкл. 245. Вхсдч я ..ь ггпчгз .;. я ггж~с ялгчх: гахн чияясимсх!ь ( ' чы )'. Рхичг7Ж. мался, номг а усн,ы!сля сопротивлении источника сигнала. Основ. ным источником шума тока являются, " .
флуктуации дробового шума в установив шемся токе базы, складывающиеся с флук туациями за счет фликкер-шума в а. Вклад дробового шума это шум гока возрастающий пропордионально корни,, „,; квадРатномУ из 1н (или 1.) и имеюцпуй плоский частотный спектр, в то время как составляющая флнккер-шума растет с 1 к ':-' быстрее н имеет обычную частотную за, висимость вида 1,'Г. Взяв опять для прн. мера 2Х5087 на частотах свьпде 10 кГц, имеем г,„около 0 ! ОАгГц"г при 1 = 10 мкА и 0,4 пА! Гцг ы при 1 = 100 мкА Шум тока растет„а шум напряжения спа, з дает пРи Увеличении 1и.
В слелУющеы „", разделе мы увидим, как это обстоятельство определяет выбор значений рабочях3 г„ токов в малошумящих схемах. На рис 7.45 показаны графики зависимости г„отО,с частоты и тока для малошумяшей пары:,;:-.',: 1 М594. 7. 14.
Проектирование малошумшних схем иа биполярных транзисторах ФаКт, ЧтО Сы ПапаЕт, а ! раСтЕт С рОСтОМ":,-,"1« тока 1, дает возможность оптимизиро-;".;;-",О вать рабочий ток транзистора для по« фглучения минимального шума прн данноМ:"" источнике сигнала. Опона взглянем ий.'';". модель (рнс. 746). аБесшумныйл нсточ! '".у ч,д« ннк сигнала и„имеет добавку в няне ',"Гг ,'снератора напряжения шума (гепловогог:~ус ШУМО ЕГО ВНУГРЕННЕГО СОПРОтнВЛЕНИЯ);:!~гг е;",„=- 414Тя„йг;Гг! усилитель добавляет сюда свой собственный и!ум О; =.
е'. г 1! Я.)г В' 'Гц, Таким образом. напряжение шум:! усиля!..:!~чх геля добавляется к входному сигналу я кроме гогО шугм '1'Ока усилителя ООРОжда" ет шум напряжения на внутреннем сс противлении нс!очипка. Этн два !дума яе коррелированы 1за исключением Очеяь '"-' высоких частот) н нх квадраты скг!аль!- лаются. Банга цель как можно сильнее ' уменыпиз г, об!пни !дум уснднч.ег!я Это гЕГКО СЛЕЛатЬ. ЕСЛИ ИЗВЕСтио 72„„таи КОХ -'", достаточно посмотреть на зависимость ли,',=,32 и,, ог 7 .
на частотах сигнала и выбРать -; х нимизируюшее с~; -1. (! Я„)' Если 'гтовезло и у вас есть карта линий коэффициента шума на поле 7к '"-',то вы быстро сможете определить нос значение 1- р расчета коэффициента шума. ра предположим, что у нас есть ахгиал с час!отой около ! кГО. ,цвлением источника около 10 кОм «::яастны ПОСтрОИтЬ уСИЛИтЕЛЬ На баЗЕ '72.'Йзч кривых е — !«ы (рис. 7.47) можь, что сумма вкладов напряжения (нри сопротивлении источника 'Тйудяг минимальной при токе кол- 10 — 20 мкА. Так как с уменьше',.-"',Ткь шум тока падает быстрее, чем ",,йцум напряжения, разумно испольсноеколько меньший ток коллекнно если предвидится работа ;низких частотах (! резко расте! енни частоты).
Можно незавн. ь козффипиент шума, испольчения !' и е, на частоте 1 кГц )кОквл(1+ксег +( и )!17(4ОТ)7 )1 ,=:10 мкА и„= 3,8 нВ7Гц"', г„= цхгг, а 4/сТЯ„=1,65 10 "ВггГц ""' тивления источника 10 кОм1 вый таким образом коэффициент н 0,6 дБ. Этот результат совпа' фнком зависимости КШ от час. 7;48) прн выборе кривои 1и.—— г ОЯ ;;"-, Ф,ОО! ОД 01 10 Гак халлека!пра 1,4,44А , . Линия урааня ксзффиднснта узкспс.гссн ~ ; .транзистор ~ 2Х54387 .'Гаггсьг!О Сллсга апн ГСогР4 ! к,.= ..' В. ' =: 10кГп, ! иРин «450 Гп 0 1О Нг 1Оз 104 100 10« 10* 'мца! га 1! Рис ' 48 Заан нмсс ъ мзфипи нга гл,ма 1КШ1 сг част:пы дяя грех значсаий 1„и Ян * траизисгсра 2Н 5087 Пкг = — 5 В, 1 — 1« =. 500 мкА.
Яи = 1,0 Мзм. 2 — !г = 250 мкА, Як — — 5 ком, 3 — '« = 20 мкА, Ян -— . 10 коь! = 20 мкА, 7(„= 10 кОм. Указанный выбор коллекторного тока примерно совпадает также с результатом. который можно было бы получить из ! рафика рис. 7.47 (линии уровня коэффициента .шума при частоте 1 кГц), хотя реальный козффиднен г шума по зтнм линиям оценить трудно-можно только сказать, что он меньше 2 дБ. Внрмкнаанк 7.5.
Наидиха си гимальнас значение 1„ н ссстистсгауюпгнй ксзохьипнсн шума прн Я„= = 100 ком и Г= 1 кГп. иг:пс. «зуя !график на.рис 743 Прсаарьтс стаст пс кривым линия уроаая ксзффидисига мума !Рис 7.471. Для других схем усилителя (повторитель, усилитель с заземленной базой) козффидиент шума при данных й„я будет в сущности тот же самый. поскольку ля, и ! не изменяются. Конечно, усилитель с единичным коэффициентом усиления (повторитель) просто ипсредаетгх проблемы уменыпеиия шума следующему каскаду, гак как сигнал не будет усилен до таком степсш!. которая цо:шькяег ие дт. маги О снижении гпумОВ и сле3!чгО!дих каскала х.
1. Рафичесний метод оценки шуми усилители по 4 „. Я га,, Только что пРедсхавленнаа техника расчета шумов. хотя н ведет непосредственно к полу!ению результа!а. однако не исключав! возможности появ лепна в процессе проектирования ужасных ошибок Дос1аточно, например. поста. вить не на о месю постоянную Больдмана. и мы вдруг получаем усилитель с козффициен!ом шума 10000 ОБ1 В !том рач- 464 Глава 7 Прелнэиокиые схемы и малощумгвпая аппаратура 465 2ГЗмб !00 кб !0якк 1 ккд ==„. 10' оэ ..-' 10 21404 АЗ 1100 мкА,255) ЗНВУА 200400 ' ЗВАэдби 3ДБ(41«ГР Гэ) 1дь 0,2дь О,« 1 10« Ю 1,МЗ04 ,'„.-*Г,й мкр !4х7л "Ф „"„.=1«Зб мех :„,„'1~400щс, З«З ", х г« !Ра Рис 7.49 Зависим«от» напряжения ВХОЛНОГО И«УМа Зон»ИГЕ.«Я Ет, КаК СЗММЫ параметроа е„и «Лв ог сопротивления вето»ника сигнала Шум лля вхс »ног«. ласкала 1.М194 на»аст тс ! кГп прв :5бм»А г,:-75иВГн'э =б,!6 аА Гн' ', Л --.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
