Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

узкозонный материал, достигает при комнатной температуре значений, характерных для чистого материала. Все сказанное справедливо и для дырок. Именно этот обогащенный электронный слой используется в качестве области канала. Слой этот крайне тонок. При качественном рассмотрении процессов его толщиной пренебрегают и говорят о двухмерном электронном газе (ДЭГ).

В последнее время чаще используется более общее название полевых транзисторов на основе гетероструктур – HFET (Heterostructure Field Effect Transistor). Лучшие образцы HEMT-транзисторов обеспечивают коэффициент шума менее 0,4 дБ на частотах несколько десятков ГГц.

2.7 Эквивалентные шумовые схемы усилительных элементов

В одном из возможных вариантов эквивалентной шумовой схемы усилительный элемент (УЭ) считается идеальным с заданным коэффициентом передачи, а к входу УЭ подключается дополнительный элемент в виде

источника шумовой э.д.с. eш или шумящего сопротивления R ш (рис.2.12), рабочая температура которого равна температуре УЭ T .

а б

Рис.2.12

Величина eш рассчитывается по формуле Найквиста eш2 = 4kTR ш f ,

а величина R ш выбирается такой, чтобы при реальной рабочей температуре T шумы, рассчитанные по формуле были равны реальным приведенным к входу шумам УЭ.

Во втором варианте в качестве шумящего сопротивления выбирается реально существующее сопротивление, например входное сопротивление УЭ R вх , тогда

eш2 = 4kTшR вх f ,

аTш - шумовая температура, до которой нужно нагреть входное

сопротивление, чтобы шумы, рассчитанные по формуле были равны реальным шумам УЭ.

Относительная шумовая температура

tш = Tш T0

42

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

показывает во сколько раз шумовая температура отличается от стандартной комнатной температуры.

С учетом относительной шумовой температуры eш2 = 4ktшT0R вх f .

Для оценки шумов можно применять источник шумового тока, тогда вместо сопротивления в состав эквивалентной шумовой схемы следует включить шумовую проводимость Gш , а расчеты вести по формулам:

i2ш =4kTGш f ;

iш2 = 4kTшGвх f ;

где Gш = 1/ R ш , Gвх = 1/ R вх .

2.8 Коэффициент шума

Коэффициент шума четырехполюсника (ЧП) – это коэффициент, показывающий во сколько раз отношение сигнал/шум на входе четырехполюсника превышает отношение сигнал/шум на выходе:

На основании последнего выражения коэффициент шума четырехполюсника – это отношение полной мощности шума на выходе четырехполюсника к мощности шумов источника сигнала на выходе или отношение мощности шумов ЧП, приведенных к входу, к мощности шумов источника сигнала:

Рис.2.13

На рис.2.13 представлена эквивалентная схема, на которой шумящий четырехполюсник представлен состоящим из двух частей: усилительной части с коэффициентом передачи Кр и "шумящей" части на его входе, являющейся

источником некоторой собственной шумовой мощности Pвн . Полная мощность шумов на выходе равна

Pш2 = Pш1Кр + PвнКр ,

Pш1 = Pшмаксq1 ,

43

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

где q1 - коэффициент рассогласования на входе:

При R c = R вх , т.е. при согласовании получим, если считать T = Tо :

Kш = 1 + Тш = 1 + tш ,

То

где tш - относительная шумовая температура ЧП.

Шумовая температура ЧП – это та температура, до которой необходимо нагреть согласованный источник сигнала, чтобы его собственные шумы стали равными собственным шумам четырехполюсника.

Относительная шумовая температура ЧП показывает, во сколько раз мощность собственных шумов четырехполюсника отличается от мощности тепловых шумов согласованного с ним источника сигнала.

Различают входную шумовую температуру Тш = Т(Кш − 1), которая определяет шумы ЧП, приведенные к входу и выходную шумовую температуру Тшвых , определяющую шумы ЧП на его выходе:

Рш2 = Рш1КрКш;

kTшвых f = kT fКрКш,

откуда

Тшвых = ТКшКр .

2.9 Метод шумящего четырехполюсника

Согласно этому методу на входе нешумящего четырехполюсника включаются дополнительные источники шумов: шумового тока iш и шумового напряжения eш (рис.2.14).

44