4. Выбор типа транзистора входного каскада усилителя фпу

Основные оптические приемники состоят из фотодиода подключенного к предварительному усилителю, согласно нашему варианту, нам задан тип усилителя с высоким входным сопротивлением (см. рис. 3)

Рис. 3. Схема приемника оптического излучения

с высоким входным сопротивлением

[3, стр. 268]

Для усиления слабого фототока требуется предварительный усилитель с низким уровнем шума. Приемники характеризуются чувствительностью и динамическим диапазоном. Чувствительность определяется оптической мощностью, которая попадает на детектор и формирует на выходе приемника необходимое соотношение сигнал/шум. Динамический диапазон определяет увеличение мощности, которое вызывает увеличение ошибки на разряд в цифровом приемнике. Чем больше чувствительность приемника, тем меньше динамический диапазон.

В настоящее время разработаны следующие схемы приемника:

- с низким входным сопротивлением

- с высоким входным сопротивлением

- с трансимпедансией

Усилитель с высоким входным сопротивлением обеспечивает наиболее низкий уровень шума, а следовательно, максимальную чувствительность. Однако вследствие высокого нагрузочного импеданса на входном каскаде частотная характеристика ограничивается постоянной времени RC входной цепи:

, [3, стр. 274]

Где R – сопротивление из параллельно включенных сопротивлений цепи смещения и входного сопротивления усилителя

С – ёмкость из параллельно включенных емкостей фотодиода и входной емкости усилителя.

Из-за значительной постоянной времени RC приемник с высоким сопротивлением интегрирует регистрируемый сигнал. Таким образом, после приемника необходимо включить в цепь корректирующее устройство. Основным недостатком такой схемы является ограниченный динамический диапазон. Как правило, 15-25 дБ по оптическому сигналу.

Будем полагать, что усилитель состоит из нескольких каскадов. Однако, если первый каскад обеспечивает достаточно высокое усиление, то шумы, вносимые последующими каскадами, приведут лишь к незначительному увеличению общего уровня шума на выходе.

Для усилителей рассматривается возможность использования трех типов транзисторов:

1. кремниевый полевой плоскостной;

2. кремниевый биполярный плоскостной;

3. полевой канальный на арсениде галлия.

Критерии выбора транзисторов:

Для полевых транзисторов:

1. Крутизна входной характеристики транзистора g_m должна быть как можно выше, что обеспечит наибольший рост значения тока стока при увеличении напряжения затвор-исток.

2. Значение силы тока затвора Iз, как и любого тока утечки, должно быть как можно меньше.

Для биполярных транзисторов:

1. Значения силы тока коллектора должно быть как можно больше, а тока базы – меньше, что обеспечит наибольший коэффициент передачи по току.

Приведем ряд полевых и биполярных транзисторов (см. таблица 4, таблица 5 соответственно):

Биполярные транзисторы:

модель	F, ГГц	Iк, А	Iб, А	h21	NF, дБ
NXP Semiconductors BFG403W	17	0.003	-	80	1
NXP Semiconductors BFR520	9	0.07	-	120	1.6

Таблица 4.

Полевые транзисторы:

модель	F, ГГц	gm,мСм	Iс, мА	Iз,мА	NF, дБ
RFMD inc. SPF-2000	12	112	85	0.3	0.5
Alpha Industries AFM06P3-212	18	120	200	1	н/д

Таблица 5.

Рассчитаем ток базы биполярных транзисторов по формуле:

[4, стр. 367]

Перечень характеристик транзисторов, приведен в приложении.