Чтение онлайн

на главную - закладки

Жанры

Искусство схемотехники. Том 2 (Изд.4-е)
Шрифт:

Рис. 7.52. Зависимость плотности напряжения теплового шума от сопротивления при температуре 25 °C. Показана также плотность тока шума в режиме короткого замыкания.

7.15. Шум ПТ

Для ПТ можно использовать ту же модель шума усилителя, что и для биполярного транзистора, т. е. последовательно со входом соединить источник шума напряжения и параллельно присоединить источник шума тока. При этом анализировать шумовые параметры можно так же, как это делалось для биполярных транзисторов (см., например, рис. 7.51 в разделе, посвященном сравнению ПТ и биполярных транзисторов).

Шум

напряжения ПТ с p-n– переходом.
Для ПТ с p-n– переходом шум напряжения есть, в сущности, тепловой шум сопротивления канала, который приближенно описывается формулой

е2ш = 4kT[(2/3)(1/gm)] В2/Гц,

где величина, обратная крутизне, играет роль сопротивления в формуле теплового шума. Так как крутизна растет вместе с током стока (как Ic), для снижения шума напряжения имеет смысл, чтобы ПТ работали с большим током стока. Однако, поскольку еш представляет собой тепловой шум, пропорциональный 1/gm, а крутизна, в свою очередь, пропорциональна Ic, то еш в конечном счете пропорциональна Ic1/4. При столь слабой зависимости еш от Ic не следует сильно увеличивать ток стока, так как это ухудшит другие параметры усилителя. В частности, ПТ, работая при большом токе, нагревается, что (а) уменьшает gm, (б) увеличивает дрейф напряжения сдвига и КОСС и (в) драматическим образом увеличивает ток утечки затвора; последний эффект фактически может увеличить шум напряжения за счет некоторого вклада в еш фликкер-шума, связанного с током утечки затвора.

Существует другой путь для увеличения gm, а тем самым для уменьшения шума напряжения ПТ с p-n– переходом: включив параллельно два ПТ, мы будем иметь вдвое большую gm, при этом, конечно, удваивается и Ic. Однако теперь, если мы сохраним предыдущее значение Ic, то при этом мы все же получим увеличение gm в 2 раз. На практике мы можем просто включить в параллель несколько согласованных ПТ с p-n– переходом либо обратиться к ПТ с усложненной геометрией, таким как упомянутые выше 2SJ72 и 2SK147.

При этом, однако, приходится платить. Все емкости соединяемых параллельно ПТ складываются, в результате чего высокочастотные характеристики (включая коэффициент шума) ухудшаются. На практике подключение дополнительных транзисторов необходимо прекратить, как только входная емкость схемы сравняется с емкостью источника. Если вас волнуют характеристики на высоких частотах, выбирайте ПТ с большой g и малой С3C; можно рассматривать отношение gm/С3C как меру качества на высоких частотах, Следует отметить, что важную роль может играть также конфигурация схемы; например, чтобы исключить эффект Миллера (умножение за счет коэффициента усиления) относительно С3C, можно применить каскодную схему.

МОП-транзисторы

обычно имеют намного большие значения шума напряжения, чем ПТ с p-n– переходом, причем преобладает шум 1/f, так как спад 1/f лежит у них в диапазоне достаточно высоких частот: от 10 до 100 кГц. По этой причине МОП-транзисторы обычно не используют в малошумящих усилителях на частотах, меньших 1 МГц.

Шум тока ПТ с p-n– переходом. На низких частотах шум тока /ш крайне мал; он возникает из дробового шума тока утечки затвора (рис. 7.53):

iш. эфф = (3,2·10– 19I3утB)1/2 А.

Рис. 7.53. Зависимость входного тока шума от тока утечки затвора для ПТ с p-n– переходом.

(National Semiconductor Corp.)

Кроме того, в некоторых ПТ присутствует компонента фликкер-шума. Шум тока растет с ростом температуры, как ток утечки затвора. Обратите внимание на быстрый рост утечки затвора у n– канального ПТ с p-n– переходом, при больших значениях UC3 (см. разд. 3.09).

На средних и высоких частотах есть еще одна компонента шума, а именно действительная часть входного полного сопротивления со стороны затвора. Эта составляющая обусловлена действием емкости обратной связи (эффектом Миллера) при сдвиге фазы на выходе, порожденном емкостью нагрузки; иначе говоря, часть выходного, сигнала, сдвинутая по фазе на 90°, проходя через емкость обратной связи С3C, создает эффективное сопротивление на входе

R = (1 + CнRн)/(2gmC3CCнR2н) Ом.

Например, p– канальный ПТ с p-n– переходом 2N5266 имеет ток шума 0,005 пА/Гц1/2 и напряжение шума еш 12 нВ/Гц1/2 – то и другое при IСИ нас и на частоте 10 кГц. Ток шума начинает ползти вверх при частоте около 50 кГц. Эти значения примерно в 100 раз лучше по iш и в 5 раз хуже по еш, чем соответствующие значения рассмотренного ранее 2N5087.

С помощью ПТ можно получить хорошие шумовые параметры в диапазоне полного сопротивления от 10 кОм до 100 МОм. Предусилитель фирмы PAR модели 116 имеет коэффициент шума 1 дБ и лучше при полном сопротивлении источника от 5 кОм до 10 МОм в диапазоне частот от 1 до 10 кГц. Этот предусилитель на умеренных частотах имеет напряжение шумов 4 нВ/Гц1/2 и ток шумов 0,013 пА/Гц1/2.

7.16. Выбор малошумящих транзисторов

Как упоминалось раньше, биполярные транзисторы из-за малого входного шума напряжения имеют наилучшие шумовые параметры при малых значениях сопротивления источника. Шум напряжения еш уменьшается путем выбора транзистора с малым объемным сопротивлением базы rб и режима работы с большим током коллектора (пока h21Э остается большим). При больших сопротивлениях источника надо, наоборот, уменьшать шум тока путем снижения тока коллектора.

Поделиться:
Популярные книги

Законы Рода. Том 5

Flow Ascold
5. Граф Берестьев
Фантастика:
юмористическое фэнтези
аниме
5.00
рейтинг книги
Законы Рода. Том 5

Идеальный мир для Социопата 4

Сапфир Олег
4. Социопат
Фантастика:
боевая фантастика
6.82
рейтинг книги
Идеальный мир для Социопата 4

Архонт

Прокофьев Роман Юрьевич
5. Стеллар
Фантастика:
боевая фантастика
рпг
7.80
рейтинг книги
Архонт

Идущий в тени. Книга 2

Амврелий Марк
2. Идущий в тени
Фантастика:
фэнтези
6.93
рейтинг книги
Идущий в тени. Книга 2

Мне нужна жена

Юнина Наталья
Любовные романы:
современные любовные романы
6.88
рейтинг книги
Мне нужна жена

Я же бать, или Как найти мать

Юнина Наталья
Любовные романы:
современные любовные романы
6.44
рейтинг книги
Я же бать, или Как найти мать

Ратник

Ланцов Михаил Алексеевич
3. Помещик
Фантастика:
альтернативная история
7.11
рейтинг книги
Ратник

Барон нарушает правила

Ренгач Евгений
3. Закон сильного
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Барон нарушает правила

Столичный доктор. Том III

Вязовский Алексей
3. Столичный доктор
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
5.00
рейтинг книги
Столичный доктор. Том III

Ты не мой BOY

Рам Янка
5. Самбисты
Любовные романы:
современные любовные романы
5.00
рейтинг книги
Ты не мой BOY

Маршал Советского Союза. Трилогия

Ланцов Михаил Алексеевич
Маршал Советского Союза
Фантастика:
альтернативная история
8.37
рейтинг книги
Маршал Советского Союза. Трилогия

Авиатор: назад в СССР 12

Дорин Михаил
12. Покоряя небо
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
5.00
рейтинг книги
Авиатор: назад в СССР 12

Крестоносец

Ланцов Михаил Алексеевич
7. Помещик
Фантастика:
героическая фантастика
попаданцы
альтернативная история
5.00
рейтинг книги
Крестоносец

Муж на сдачу

Зика Натаэль
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
5.00
рейтинг книги
Муж на сдачу