Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
г>2 _ еп
S~T
1п
Таким образом, оптимальное значение выходного сопротивления источника
сигнала, при котором коэффициент шума NF минимален, равно
Г-г Л1/2
Я
(opt)
(5.15)
Если еп выражено в вольтах, а /л - в амперах, то значение Rs получается в
омах.
5.9.5 Коэффициент шума и биполярный транзистор
Шумовое напряжение еп и шумовой ток /л определяются, главным образом,
режимом первого каскада усилителя. В каскаде на биполярном транзисторе и
напряжение и ток растут с увеличением коллекторного тока покоя, но in
растет быстрее, чем еп , так что Rs t) падает при больших значениях
коллекторного тока. Наименьшее значение коэффициента шума для биполярного
транзистора (в типичном случае 1 дБ) получается при очень малых токах
коллектора (около 10 мкА). По этой причине R, (ор[) относительно велико и
составляет десятки килоом. Во входной каскад следует ставить "малошумя-
щий" транзистор, то есть транзистор с малым 1//-шумом. Не приходится и
говорить, что хороший малошумящий транзистор должен также обладать
достаточно большим коэффициентом усиления тока при очень малых токах
коллектора.
Иногда в малошумящих схемах используют транзистор типа ВС 109; он очень
похож на распространенный транзистор типа ВС 107, но имеет больший
коэффициент усиления тока.
На рис. 5.9 показаны типичные зависимости коэффициента шума от
сопротивления источника сигнала для маломощного кремниевого транзистора,
такого как транзистор типа ВС 109. Здесь шумовая полоса простирается от
30 Гц до 20 кГц, так что указанные значения коэффициента шума
характеризуют устройство звукового диапазона. Наименьшие значения
коэффициента шума получаются при / = 10 мкА и сопротивлениях источника
сигнала в интервале от 10 кОм до 100 кОм. Заметьте, однако, что при
сопротивлении источника сигнала всего лишь в 1 кОм лучше выбрать ток
коллектора равным 100 мкА.
Ясно, что для получения возможно меньшего значения коэффициента шума,
желательно иметь малый ток коллектора. Но что делать, если выходное
сопротивление нашего источника сигнала много меньше, чем несколько
десятков килоом, необходимых для минимизации коэффициента шума в такой
цепи? Один из ответов заключается в изменении сопротивления с помощью
трансформатора, как это обсуждается в параграфе 5.11. Другой путь состоит
в параллельном соединении нескольких входных транзисторов, как это
делается иногда внутри интегральных микросхем.
Согласование сопротивлений для минимизации шума усилителя 95
Рис. 5.9. Типичные зависимости коэффициента шума от сопротивления
источника сигнала для маломощного транзистора, такого как ВС 109.
5.9.6 Практический малошумящий усилитель
На рис. 5.10 приведена полезная схема малошумящего усилителя, типичная в
качестве входного каскада для высококачественных усилителей звукового
диапазона. Коллекторный ток транзистора Г, - порядка 100 мкА. Считается
удовлетворительным, если сопротивление источника лежит в пределах от 1
кОм до 20 кОм; при этом коэффициент шума может быть меньше, чем 2 дБ.
Оптимальное значение импеданса источника - около 5 кОм. Коэффициент
усиления схемы жестко задается отрицательной обратной связью, образуемой
резистором Rr При указанных величинах сопротивлений коэффициент усиления
напряжения равен 100. Схему нетрудно видоизменить, чтобы включить
регулировку частотной характеристики, заменив резистор R2 на
соответствующую комбинацию резисторов и конденсаторов. Такая конструкция
применяется в усилителях звукового диапазона для выравнивания
характеристики дисков. Отдельно (за счет резистора Д,) реализована
обратная связь по постоянному току, стабилизирующая режим покоя.
Читатель мог обратить внимание на тот факт, что теперь имеются два разных
критерия согласования сопротивлений применительно к усилителю напряжения.
Для максимальной передачи напряжения требуется, чтобы сопротивление
источника сигнала было много меньше, чем входное сопротивление усилителя,
тогда как для получения минимального коэффициента шума необходимо, чтобы
сопротивление источника сигнала не было слишком малым. Противоречат ли
эти критерии один другому?
К счастью, не противоречат, поскольку входное сопротивление усилителя
обычно много больше, чем оптимальное сопротивление источника сигнала.
96 Согласование сопротивлений
Рис. 5.10. Малошумящий двухтранзисторный усилитель напряжения.
Коэффициент усиления =(/?,+ R2)/ Rtx 100. Коэффициент шума имеет
минимальное значение при сопротивлении источника сигнала 5 кОм.
5.9.7 Шумы в полевых транзисторах
Преобладающими источниками шума в полевом транзисторе являются:
(a) тепловой шум канала и
(b) 1//-шум, который особенно существенен на частотах ниже 1 кГц.
Дробовой шум пренебрежимо мал, так как единственный р-п переход
образован затвором, по которому течет только очень маленький ток утечки.
Тепловой шум канала можно учесть как шум включенного последовательно со
входом дополнительного сопротивления, порождающего, как обычно, шумовое
напряжение с эффективным значением yj4kTRAf ¦ Можно показать, что