3.5.2.Биполярный транзистор

Шумовая эквивалентная схема биполярного транзистора, работающего в нормальном активном режиме, показана на рис.3.8.

Где:

- тепловой шум сопротивления тела базы диода;

- фликкер шум коллекторного перехода;

- суммарный дробовой и фликкер шум перехода эмиттер-база; ; .

Каждый из шумовых источников считается независимым.

Затвор

3.5.3.Мдп транзистор

Малосигнальная эквивалентная схема МДП транзистора, содержащего источники шума показана на рис.3.9.

Где:

-дробовой шум затвора (перехода металл - диэлектрик - полупроводник);

;

I_D - ток стока;

g_m - передаточная проводимость идеального транзистора ( крутизна МДП транзистора в рабочей точке ).

3.5.4.Конденсаторы и катушки индуктивности.

Идеальные конденсаторы ( конденсаторы без утечек ), а также идеальные катушки индуктивности( без сопротивления ), не являются источниками шумов. Конденсаторы, выполненные на основе обратносмещенного p-n перехода, имеют шумовые источники соответствующие шумовым источникам для диода.

3.6.Расчет шума в схемах

Предположим, что известно среднеквадратичное отклонение шумового напряжения на входе аналогового устройства, обладающего коэффициентом усиления по напряжению A_( jf ). Как рассчитать выходное шумовое напряжение?

Между квадратом шумового напряжения ( среднеквадратичным отклонением ) и спектральной плотностью существует связь

тогда

Учитывая, что аналоговое устройство обладает комплексным коэффициентом усиления A_( jf ), для шумового напряжения на выходе будем иметь

Тогда спектральная плотность выходного сигнала имеет вид:

Квадрат шумового напряжения можно рассчитать путем суммирования спектральной плотности по каждой из шумовых составляющих, т.е.

Пример 1. Расчет шума от двух источников.(рис.3.10)

Пусть ,

Источники не коррелированны, тогда

Пример 2. Расчет шумового напряжения для усилителя на БТ

Электрическая схема простейшего биполярного усилителя с нагрузочным сопротивлением R_L и резистором смещения R_S приведена на рис.3.11. Малосигнальная эквивалентная схема с шумовыми источниками имеет вид, показанный на рис3.12.

где - тепловой шум от резистора смещения R_S;

- тепловой шум от резистора нагрузки R_L;

- шум генерации-рекомбинации и фликкер шум перехода база-эмиттер;

- фликкер шум коллекторного перехода.

Чтобы рассчитать квадрат выходного шумового напряжения, воспользуемся правилом суперпозиции. Рассчитаем вклад от каждого независимого шумового источника на выход.

Вклад в U₁ от шумового источника U_S составит:

,

где

 - параллельное соединение дифференциального сопротивления базы и .

Тогда вклад в выходное напряжение от U_S будет равен U_out1 = g_mR_LU₁, следовательно, квадрат шумового напряжения на выходе от U_S имеет вид:

Подобный расчет можно провести для источников U_б² и i_б² тогда будем иметь:

Вклад в выходное напряжение от выходных источников шума составит:

Суммируя вклады от всех источников, в результате получим выражение для квадрата выходного напряжения шума.

где.

Полученный результат можно интерпретировать электрической схемой, показанной на рис.3.13 содержащей только один шумовой источник . Тогда R_S, R_L, а также транзистор свободны от шума.

В результате квадрат выходного напряжения будет равен:

,

где

Эта зависимость имеет график, который представлен на рис.3.14. Следует отметить, что возрастание шумового напряжения слева связано с возрастанием шума типа , а возрастание шума справа объясняется спадом усиления транзистора в зависимости от увеличения частоты.

Пример 3. Расчет шумового напряжения для МДП транзистора с короткозамкнутой нагрузкой.

Эквивалентная схема МДП транзистора, с учетом шумовых источников, имеет вид, показанный на рис.3.15.

где g_m - крутизна в рабочей точке;

 - фликкер шум связанный с токами утечки через затвор;

;

.

S

Данную схему приводят к эквивалентной (рис.3.16), содержащей только один шумовой источник на входе.

Тогда спектральная плотность приведенного ко входу шумового источника будет включать в себя два источника шума, соединенных параллельно:

-первый - фликкер шум связанный с токами утечки через затвор;

-второй - приведенный ко входу шум от выходного источника.

В результате спектральная плотность шума входного источника тока имеет вид:

Следует отметить, что крутизна полевого транзистора является частотно-зависимой величиной, т.е.

,

где R_S – сопротивление в цепи стока; r_D - пассивное сопротивление стока;

- максимальное значение крутизны.

Спектральная плотность как функция частоты для МДП транзистора приведена на рис.3.17. Спад характеристики объясняется нарастанием шума типа , а нарастание шума связано с уменьшением крутизны транзистора на высоких частотах.