Лабораторно-практическое занятие 7
7.1. Шумы активных приборов типа 1/f (фликер-шумы) и их влияние на
флуктуации фазы и амплитуды колебаний в резонансном усилителе
В реальных
резонансных усилителях и автогенераторах
кроме широкополосных шумов существуют
шумы, СПМ которых локализованы в области
низких частот. Среди таких шумов особое
место занимают шумы, СПМ которых с
изменением частоты анализа
изменяются по закону
,
где показатель степени γ близок к
единице. Поэтому в литературе их называют
шумами «типа
»
или «фликер шумами».
Механизмы их влияния связаны с явлениями модуляции усиливаемых или генерируемых колебаний по фазе и амплитуде и поэтому именуются модуляционными.
Поясним их действие на примерах резонансного усилителя и LC-автогенератора на биполярном транзисторе (БТ) (рис.7.1).
Рис.7.1
В модели БТ влияние
этих флуктуаций отображается множителем
при среднем значении сопротивления
.
Если в цепь
коллектора транзистора включить вместо
колебательного контура измерительное
сопротивление, то можно измерить СПМ
флуктуаций падения напряжения на этом
сопротивлении и по этой СПМ рассчитать
СПМ флуктуаций тока коллектора
.
Зная эту СПМ, можно найти СПМ флуктуаций
напряжения на эмиттерном переходе и
СПМ
относительных флуктуаций сопротивления
рекомбинацииПример зависимости СПМ
показан на рис.7.2. Эта СПМ состоит из
двух слагаемых.
Слагаемое, показанное
штрих-пунктирной линией, изменяется по
закону
.
Его вклад в общую СПМ сравнивается с
вкладом белой составляющей суммарного
шума на частоте FП.
Её называют частотой перехода
в СПМ флуктуаций тока от области
преобладания вклада шума типа
к области преобладания вклада белых
шумов или кратко «частотой перехода»
в СПМ флуктуаций тока.
Рис.7.2
Суммарная СПМ флуктуаций тока показана на рис.7.2 сплошной линией.
В примере рис.7.2
.
Однако, существует другой, модуляционный, механизм влияния фликер-шума на фазу и амплитуду усиливаемых или генерируемых колебаний.
Чтобы пояснить его, запишем выражение для комплексного коэффициента передачи входного колебания в схеме рис.7.1 на базо-эмиттерный переход:
(7.1)
Флуктуирующая
величина
в этом выражении вызывает флуктуации
модуля и фазы коэффициента передачи
,
причём СПМ этих флуктуаций будут такими
же, как СПМ
,
т.е. будут представлять собой флуктуации
типа
.
Очевидно, что частоты переходов от областей преобладания вклада источников белых шумов к областям преобладания вкладов источников белых шумов к областям преобладания вкладов источников шумов типа типа для СПМ флуктуаций амплитуды и флуктуаций фазы будут различными. (Вопрос к аудитории: Почему?)
Примеры СПМ относительных флуктуаций амплитуды и флуктуаций фазы, вносимых линейным резонансным усилителем рис.7.1, показаны на рис. 7.3.
Рис.7.3
В рассматриваемом
усилителе частота перехода к области
преобладания влияния фликер-шума в СПМ
флуктуаций фазы меньше частоты перехода
в СПМ флуктуаций амплитуды, причём обе
эти частоты меньше
и значительно меньше полуширины полосы
колебательного контура, включённого в
коллекторной цепи усилителя