§8 Шумы в усилителях

Шум – вид помех. Помехи Бывают внешние и внутренние .

Основная природа шумов – хаотическое движение носителей заряда , их дискретность

Тепловой шум сопротивления определяется через среднеквадратичное значение сигнала

Формула Найквиста

, где - постоянная Больцмана, - полоса измерителя напряжения

Тепловой шум представляет собой случайный процесс.

Если взять N резисторов и N вольтметров, то будет N разных зависимостей – реализаций

Случайный процесс характеризуется вероятностными величинами в фиксированный момент времени

1. Cреднее значение по ансамблю ,

где - плотность вероятности: вероятность нахождения в интервале от до .

2. Среднеквадратичное отклонение или дисперсия

Стационарный случайный процесс - не зависят от времени.

Эргодический случайный процесс – усреднение по ансамблю и по времени даёт один результат

если

Эргодический случайный процесс всегда должен быть стационарным, наоборот верно невсегда

Спектральные характеристики случайного процесса

Нельзя в прооизвольном случае интегрировать от до + , поскольку интеграл может расходится.

Ограничено значение выражения при

Теорема Релея-Парсеваля

, разделим на и устремим

- спектральная плотность мощности

Рассмотрим тепловой шум сопротивления ,

Его спектральная плотность мощности - - белый шум.

Белым шумом назувают шум, спектральной плотности мощности которого не зависит от частоты.

Оценим величину

при 300 К , 1 кОм, 1 кГц

Однако шум на выходе устройства может быть существенно больше

Шумы ламп и транзисторов

Лампы

1. дробовой шум – белый

2. Фликкер шум испарения атомов вещества катода – мерцание катода

БП Транзистор

1. генерационно-рекомбинационный – процесс генерации и рекомбинации пар

2. диффузионный – тепловой

3. фликкер

Полевые Транзисторы

Тепловые и дробовые шумы

Коэффициент шума усилителя

Для N каскадного усилителя

если идеален

добавка

от второго каскада

Шумовая температура

Глава 4. Генераторы гармонических колебаний

Определение.

Автогененераторы – генераторы колебаний , частота и амплитуда которых определяется параметрами схемы .

Как правило, автогенератор содержит колебательный контур, в котором возбуждаются колебания , близкие по форме к синусоидальным. Чтобы колебания не затухали нужно скомпенсировать потери энергии

С ростом амплитуды колебаний усиление падает из-за нелинейности и возникает стационарный режим .

Для компенсации потерь нужен источник энергии и усилитель с положительной ОС, чтобы поддерживать колебания

§1 Самовозбуждение автогенератора

Рассмотрим простейшую схему.

Более простые соотношения можно получить для полевого транзистора, полагая ток затвора равным 0

Составим систему уравнений

1. 

2. 

3. 

4. 

5. 

1. Состояние покоя

- нагрузочная прямая

2. Проверим устойчивость, для этого даём некоторое приращение

Учитывая, что

Получим:

, где ,

Решение ищем в виде

При состояние покоя неустойчиво, и от любого толчка начнется процесс самовозбуждения

Условия самовозбуждения

1)

; 2)

коэффициент ОС, для sin режима

Иначе