Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Рассмотрим построение малошумящих усилителей на биполярных транзисто.::,, рах. Схема усилителя на биполярном транзисторе с учетом источников шума при-;; ведена па рис. 19.3 а. На этой схеме транзистор предполагается нешумящим, а его.,';," шумы учтены источниками е„. и 1, включенными в цепь базы. Эту схему можно заменить эквивалентной, если пересчитать источник тока '", шума 1„, в источник напряжения шума !.,А„, включенный последовательно с е, как показано па рнс.
! 9.3 б. Если считать, что эти источники взаимно независимы, то полное напряжение шума будет равно напряжению и„р 7е~,+(1„Ё,,)-', источник которого включен в схему замещения, приведенную на рис. 19.3 в. Очевидно„что при малом сопротивлении источника сигнала Я„-"О, преобла- "-:,'.: дав. источник напряжения шума е„„а при большом сопротивлении Я„- сс будет преобладать источник тока шума ) .
куек!(ин!9. П дельная чувствительность и шумы злект сивых усилителей Рис. 19З, Моделирование шумжлего Оилолярного транзистора (а). замела источника тока злума (6) и результззру~оглий источник налряжения глума (в) Для биполярного транзистора спектральная плотность напряжения шума еа,.
~;",'ОпРедепЯетсЯ двУмЯ составлл(ошими: тепловым шУмом сопРотивлениЯ базы гв и г;дробовым шумом коллекторного тока 1„, протекагощим через сопротивление змиттера г„т. е е'„,=4)сТга+2г)1,г;' (19.1б) 1'тде г.;-гр,г'1„а гр, = 1сТ(д. Подставив значения г, в формулу (19.16), получим напря'- жение источника шума ( Мтз е'„= ~( 4)сТга+,дг,) (19.17) Таким образом, первый член в формуле (19.17) пе зависит от тока коллекто- ра, а второй убывает с ростом тока 1„. График зависимости напряжения е„. от тока ': кслпектора приведен на рис. 19.4 а. В связи с этим дпя снижения ем целесообразно „, повызнать ток коллектора до значения 0,1 ...2мА. ) г„,л пАг',гГц 10 ' Г !О '~- е нВ/уГГц У„мА 10 з 10 з 10 ' 1 !О 10з 10' ! Рнс.19.4.
Графики зависимостей напряжения ~вума Га) и тока шума (6) ог тока коллектора ллн 6илоляриого трмоиггора 201 Рщздел4 Линейные электронные стройстлл Ток шума 1м биполярного транзистора порождается дробовым эффектом коллекторного тока и определяется формулой (19.! 8) Очевидно, что ток шума растет с ростом тока коллектора„как показано на . рис. 19.4 б.
Поскольку л, уменьшается, а з„,А, растет с ростом тока коллектора, то при . заданном значении Я„можно найти оптимальный ток коллектора $,„м„который:;. соответствует минимуму напряжения шума им„;„„как показано на рис. 19.5. Согласование усилителя с источником сигнала по шумам. Наиболее высокую ! чувствительность имеют усилители при согласовании источника сигнала с шумя-:,; щим усилителем через входной трансформатор. Схема подключения источника" сигпапа и„с внутренним сопротивлением Ян к усилителю с входном сопротивле-: нием Я,, через согласующий трансформатор приведена на рис.
19.6 а. При анализе этой схемы будем полагать, что входная емкость усилителя срав-, нительно мала, а собственные сопротивления обмоток трансформатора и усилите-,. ля учтены в эквивалентных источниках ел, и 1„,. Также делается допущение, что входной траноформатор Тр является ' идеальным и имеет коэффициент транс- ';, формации п. Такое допущение справедй„..
~ диво, если сопротивление первичной обмотки трансформатора незначительно по сравнению с внутренним сопротивлением источника сигнала, а сопротивление вторичной обмотки трансформатора значительно меньше приведенного к вторичной обмотке сопротивления источника сигнала. 0 Г„,„ Г, Рис. Ш.5. Злщкнмос~ ь результирующего икщолзксщ:н щумл от токе коллекторе а) Рнс. 19.6. Соззлзсовлппзе исто лщкл с щумлщнм усилителем прп помощи трансформатора 1к) и сто стелла злл1сщенил,'б) Раздел 4. Линейные влек онные устройства 119.23) На рнс.
19.7 приведены графики минимального усиливаемого сигнала пря разли шых значениях коэффициента трансформации и сопротивления источника: сигнала. Так, например, если входной трансформатор имеет коэффициент трансформации л=!40 и сопротивление источника сигнала )з„=1000м, то минимальный усиливаемый сигнал составляет У„„„=3,7нВ.
Лекция ЯО. Активные фильтры Особенности н назначение активных фильтров. Активный фильтр представ- з ляет собой четырехполюсник, содержащий пассивные йС-цепи и активные ': элементы: транзисторы, электронные лампы или операционные усилители. Актив- ., ные фильтры обычно не содержат катушек индуктивности. Стремление исключить: катушки ипдуктивности из фильтра вызвано рядом причин: 1) катушки ипдуктпвпости имеют большие габариты и массу; 2) потери в катушках приводят к отклонению расчетных характеристик фильтра от реальных значений; 3) в катушках:: рассеивается большая мощность; 4) в катушках с сердечником проявляется нели-,'! пейпый эффекг, связанный с насыщением сердечника. Активные фильтры можно .;, реализовать па повторителях напряжения, на операционных усилителях, на усилителях с ограниченным усилением и др. Пассивные частотные фильтры„обычно рассматриваемые в курсе электротехпики.
выполняются па ЬС- или на ВС-цепях без применения усилительных активных элементов Такие фильтры не требуют источников питания и имеют простое исполнение, однако они не обеспечивают хорошего разделения полосы пропускапня от полосы затухания; в области пропускапия и затухания могут наблюдаться большие неравномерности передаточной характеристики; очень сложно выполнить условие согласование фильтра с нагрузкой. В озличие от пассивных, активные фильтры обеспечивают более качественное разделение полос пропускания и затухания. В них сравнительно просто можно::.:., регулировать неравномерности частотной характеристики в области пропускаши и затухания, пе предъявляется жестких требований к согласованию нагрузки.."~:.
с фильтром. Все эти преимущества активных фильтров обеспечили нм самое ши-, "'~ рокое применение. Классификация активных фильтров. Активные фильтры можно разделить па группы по различным признакам: назначению, полосе пропускаемых частот, типу усилительных элементов, виду обратных связей и др. По полосе пропускаемых частот фильтры делятся на четыре основные группы: нижних частот, верхних чат стог, полосовые и заграждающие. Фильтры нижних частот пропускают сигналы от постоянного напряжения до некоторой предельной частоты, называемой частотой среза фильтра. Фильтры верхних частот, наоборот, пропускают сигналы, Лекция 20 Активпые ильт ы ) «,. — «'п,.1~э, + «'ц„1эм (20 1) к': Аь= Уп,~/и+ рным «эь= «амбал;+ «'~эС~~ь, где 1 ~ц= «'л~ (20.
2) 205 -.:.начиная с частоты среза и выше. Полосовые фильтры пропускают сигналы ;:;я некоторой полосе частот от /, доД а загражлающие фильтры имеют характери.-стику, противоположную полосовым, и пропускают сигналы с частотой ниже 1, : квыше /ь Как полосовые, так и за~ раждаюшие фильтры могут иметь гребенча;;кую частотную характеристику, в которой будет несколько полос пропускапня и , затухания По назначению фильтры делятся на сглаживающие фильтры источников ~:-'6втания, за~раждаюгцие фильтры помех, фильтры для селективных усилителей -:-:.вязкой или высокой частоты и др. По типу усилительных элементов можно выделить транзисторные фильтры, :,::фильтры на усилителях с ограниченным усилением, на операционных усилителях, -:;:яа повт.орителях напряжения и др.
Все рассмотренные фильтры могут иметь одну ' цель обратной связи или несколько. В связи с этим различают фильтры с одно',. аовтурпой н с многоконтурной обратной связью. Кроме этого, различают фильт= "ры по числу полюсов на частотной характеристике — фильтры первого порядка, -: второго и более высоких порядков. Фильтры высоких порядков имеют более кру:;:,тые границы полос пропускания и затухания и более плоскую характеристику ,::!: вабласги полосы пропускания К таким филырам относятся фильтргя Чебьппева, Бгптерворта, Бесселя и др Широкие возможности активных )гС-фильтров связаны с использованием :!!;.в них активных элементов. Цепи, содержащие только сопротивления и емкое~и, ,";::имеют полюсы передаточной функции на отрицательной действительной полуоси ~ )комш.*ексной плоскости р=с+ял, что ограничивает возможности создания филь): тров.
В отгичие от пассивных. активные ВС-фильтры (АЛС-фильтры) могут ',:::: иметь полюсы в любой часги комплексной плоскости. Однако схемы с полюсами .-",.: в правой полуплоскости неустойчивы, поэтому в активных фнлгпрах используют:-;:,'ся только те схемы, полюсы передаточной функции которых располагаются в ле," вой полуплоскости или на оси уо> Активные фильтры на операционных усилителях с одноконтурнпй обратной ,:,-':.':вязью. Схема активного фильтра на ОУ с одноконтурной обратной связью приведена на рис. 20.1. Она состоит из двух пассивных четырехполюсников А и В и ';"": операционного инвертирующего усилителя ОУ.
Четырехполюсник А включен ,,:,- между входом фильтра н входом операционного усилителя, а четырехполюспнк 8 ':-',. включен в цепи обратной связи между входом и выходом ОУ. При анализе схем будем считать ОУ идеальным и инвертирующнм Передаточную функцию для схемы, приведенной на рис. 20.1, можно полу ппъ, используя уравнения четырехполюсников в «-параметрах Роздна 4 Литзейпыс элсктроппыс устроиства ст пть Рнс. сст К Сыма активзо~о фнгьтра на Оу с оаноконтурной обри'ной связью где Г„=-,;,;,~ь...а — — проводимость обратной передачи при коротком замыкании на входе, )'т, = ~,,~оз „-- проводимость прямой передачи при коротком замыкании на выходе.
Поскольку для идеального ОУ и„,=О и с„ынО, то и„мои~а=О; зы=-й„и уравнение ~20Л) и г20.2) упрощаются и приводятся к виду У,„= )'п,изы Ум= УззьЕЪ У,„= Ун„УУн,. ~1т.=Узы~Ум, откуда получаем, что Ут„, ~Ум=-.)",,тьЦ„. (20.3) Из уравнения г20 3) найдем коэффициент передачи фильтра по напряжению оза Зо Гп Гтм Г) з) уп ь (20.4) который определяется отнощением передаточных проводимостей пассивных четы- ..; рехполюсников А и В.
Так как четырехполюспики А и В пассивные, то их полюсы лежат на отрица- ) тельной части действительной полуоси комплексной плоскости р. Если обе цепи ." имеют одинаковые полюсы, то знаменатели функций Гп„и у„ь сократятся и их полюсы не будут влиять на коэффициент передачи фильтра. В этом случае полюсы передаточнои функции (20.4) будут определяться нулями передаточной проводимости т'пи При этом, поскольку нули передаточной проводимости пассивной ЯС-цепи могут лежать в любой точке комплексной плоскости р, оказывается',"' возможным реализовать цепь с коэффициентом передачи, имеющим комплексно- сопряженные полюсы, как для колебательно~о контура. Однако для обеспечения устойчивости схемы этн полюсы должны лежать в левой части комплексной плоскости, т. е. вещественная часть комплексного полюса должна быть отрицательной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
