Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
dUi
df
IkTRa
(2.2 h
В рассматриваемой схеме (рис. 2.23) параллельно сопротивлению нагрузки Rh включена емкость Cbx; активная составляющая входной цепи равна
Rh
I + (сORhCbx)2
и выражение для спектральной плотности имеет вид
(2.28)
dJUi
= AkT-
Rn
_ ________________- • (2р)
df ™ 1 + (С0ЯпСвх)2 /
На рис. 2.24 эта зависимость показана графически; из ^ero видно, что при смещении полосы пропускания в область более !высоких частот уровень шумов снижается. Анализ зависимости контурных шумов от величины входного сопротивления показывает, что с увеличением сопротивления шумы растут, достигают некоторого максимума при
Ru =--------Ц= , (2.30)
2яС„х "і//в/ЇГ
затем падают. Поэтому в тех случаях, когда входное сопротивление должно быть большим из соображений полного собирания зарядов, его не следует делать менее IO7—IO8 Ом во избежание повышения уровня шумов.
Шумы входного тока активного элемента. Цепь управляющего электрода активного элемента — транзистора или лампы также является источником шумов во входной цепи. Эти шумы вызываются флуктуациями входного тока /вх, поступающего, например, в затвор полевого транзистора; их спектральная плотность определяется формулой Шоттки
di\
df
(2.31)
где е — заряд электрона. Входной ток, протекая через комплексное сопротивление входной цепи RhCbx, создает напряжение шумов; их спектральная плотность равна
dUi
df
= 2 ei
BX I + (CDtf1Ax)2
Рис. 2.24. Распределение энергии тепловых шумов по спектру
(2.32)
80
Сравнивая выражения (2.32) и (2.29), видим, что шумы, вызван-ные входным током, также зависят от полосы пропускания и ее положения в спектре. Кроме того, эти шумы зависят от входного тока и параметров входной цепи. Малый входной ток и наибольшее входное сопротивление (более IO9 Ом) имеют полевые транзисторы, которые, как правило, применяются в современных усилителях.
Шумы выходного тока активного элемента. Флуктуации канального тока полевого транзистора или анодного тока лампы являются !источником так называемого дробового шума. Спектральная платность дробового шума описывается выражением, аналогичным
(2.31),
= 2 eiBhlxF\ (2.33)
df
где у*вых — ток в канале полевого транзистора или анодный ток лампы; F — коэффициент сглаживания, определяется типом активного элемента, его крутизной 5 и выходным током. Дробовой шум удобно приводить к входу схемы и рассматривать как флуктуации входного напряжения. Для полевых транзисторов
_ qJL (2.34)
df — S ’ 7
где S — крутизна транзистора. Контурные шумы, шумы входного
тока и дробовые равномерно распределены по спектру, поэтому
их называют белыми шумами. Помимо этих источников шумов в сопротивлениях и активных элементах наблюдаются так называемые фликкер-шумы. Они возникают при протекании тока и обусловлены флуктуациями проводимости. Фликкер-шумы имеют неравномерный характер
- <2.35)
В линейных импульсных усилителях, рассчитанных на передачу коротких импульсов и, следовательно, имеющих полосу пропускания в области высоких частот, составляющая фликкер-шумов невелика. В дальнейшем она не будет учитываться.
Эквивалентная схема входа с источниками шумов. Чтобы лучше оценить влияние отдельных компонентов шумов, источник шумов заменяют некоторым активным сопротивлением, генерирующим тепловые шумы того же значения. Поскольку контурные шумы ц шумы входного тока имеют одинаковую частотную зависимость и действуют на входе схемы, их можно представить в виде одного эквивалентного сопротивления Rv. Суммируя выражения (2.27) и (2.32) и учитывая, что (dRnCBx^>h находим
df ' df ~ M2ClxRp ’ (2'36)
81
Рис. 2.25. Эквивалентные схемы входа с двумя генераторами шума (а) и одним генератором шума (б) ^
где
Тепловые шумы, создаваемые эквивалентным сопротивлением Rvi равны сумме контурных шумов и шумов входного тока. В эквивалентной схеме входа (рис. 2.25, а) сопротивление /?р включено параллельно источнику сигналов — детектору, поэтому его называют параллельным генератором шума. Дробовые шумы выходного тока обусловлены флуктуациями канального тока в полевых транзисторах или анодного тока ламп. Цепь, в которой возникает дробовой шум, как правило, имеет малую постоянную времени и отделена от входной цепи. Поэтому эквивалентным источником шумов является чисто активное сопротивление Rs, включенное в схеме последовательно с детектором. Это сопротивление называют генератором последовательного шума; для определения его значения приравняем выражения (2.27) и (2.34), заменив в выражении Rslkt на R8l тогда Rs = OJfSAkT.
В эквивалентной схеме (рис. 2.25,а) три основных источника шума заменены двумя генераторами белого шума. Спектральную плотность шумов этих генераторов удобно записать в виде
ei = AkTRs (2.37)
и
Ж = . (2.38)
Если генератор тока заменить эквивалентным генератором напряжения, то можно перейти к более простой схеме (рис. 2.25,6). Спектральная плотность шума в данной схеме характеризуется одним генератором
7-=«T(fe+^> Є-*»
