Контрольные вопросы

46. В чем заключается потенциометрическая регулировка усиления?

    1. В изменении коэффициента усиления каскада.

    2. В изменении сопротивления нагрузки.

    3. В изменении уровня входного сигнала.

    4. В изменении уровня выходного сигнала.

    5. Все выше перечисленное верно.

47. В чем заключается регулировка усиления за счет отрицательной обратной связи?

    1. В изменении коэффициента усиления каскада.

    2. В изменении сопротивления нагрузки.

    3. В изменении уровня входного сигнала.

    4. В изменении уровня выходного сигнала.

    5. Все выше перечисленное.

12. Шумы многокаскадного усилителя

Если к входной цепи работающего усилителя не подводить сигнала, то вольтметр достаточной чувствительности, подключенный на его выход параллельно нагрузке, всегда покажет присутствие на нагрузке постороннего напряжения, называемого напряжением собственных шумов усилителя. Напряжение собственных, или внутренних, шумов не позволяет усиливать сигналы малой амплитуды, заглушая последние. Поэтому при проектировании и конструировании усилительных устройств принимают все возможные меры для снижения уровня собственных шумов.

Удобным критерием оценки шумов, вносимых транзистором, является коэффициент шума транзистора N (12.1), показывающий, во сколько раз ухудшается отношение мощности сигнала к мощности шума в выходной цепи транзистора по сравнению с тем же отношением у ненагруженного источника сигнала.

,

(12.1)

где и – квадраты действующих значений напряжений сигнала и шума на зажимах ненагруженного источника сигнала, и – квадраты действующих значений напряжений сигнала и шума в выходной цепи транзистора.

Так как транзистор вносит собственные шумы, то отношение меньше, чем . Следовательно, коэффициент шума транзистора N всегда больше единицы.

Коэффициент шума обычно выражают в децибелах:

.

(12.2)

Коэффициент шума транзистора сильно зависит от его типа, конструкции, технологии производства и условий работы. В каскадах с малым уровнем усиливаемых сигналов используют малошумящие транзисторы, у которых наибольшее значение коэффициента шума указывается в справочных данных. Наименьший коэффициент шума у малошумящих биполярных транзисторов имеет место при токе коллектора 0,2–0,5 мА и напряжении коллектор-эмиттер порядка 1,5–3 В. Увеличение как тока, так и напряжения сильно повышает шумы. У полевых транзисторов коэффициент шума от режима работы зависит меньше.

Коэффициент шума транзистора также сильно зависит от величины внутреннего сопротивления источника сигнала. Для биполярных транзисторов с общим эмиттером, работающих в указанном выше малошумящем режиме наиболее выгодное сопротивление источника сигнала, при котором коэффициент шума транзистора минимален, обычно имеет величину порядка тысячи Ом. Изменение сопротивления источника в 1,5–2 раза в ту или другую сторону от оптимального мало изменяет коэффициент шума, так как последний имеет довольно тупой минимум. У полевых транзисторов наименьший коэффициент шума обычно соответствует внутреннему сопротивлению источника сигнала порядка 1 МОм.

У современных малошумящих биполярных транзисторов, работающих в правильно выбранном режиме коэффициент шума не превышает 1,5–2 дБ. У хороших полевых транзисторов данный коэффициент еще ниже.

Коэффициент шума многокаскадного усилителя (рис.12.1) определяется выражением (12.3).

,

(12.3)

где – коэффициент шума, K_Pi – коэффициент усиления по мощности i-го каскада соответственно (i=1…n).

Рис.12.1. Структурная схема многокаскадного усилителя

Из анализа выражения для коэффициента шума следует, что несмотря на то, что шумят все каскады многокаскадного усилителя, на уровень собственных шумов усилителя в основном влияют шумы первых двух каскадов, так как шумы остальных усилительных элементов усиливаются с меньшим коэффициентом усиления. Для минимизации коэффициента шума многокаскадного усилителя необходимо обеспечить в первом каскаде многокаскадного усилителя возможно меньший коэффициент шума и возможно больший коэффициент усиления по мощности .

Существует три основных способа минимизации шумов усилительного каскада, среди которых можно выделить следующие:

1) оптимальный выбор транзистора;

2) оптимальный выбор рабочей точки;

3) оптимальное согласование по шумам.