dsd11-12 / dsd-11=ТКС / Kulakov

τj = Сj RCj ;

Рассчитать оценку верхней граничной частоты по формуле

ωв ≈ N1 .

∑τ j

j =1

На рис. 5.2 проиллюстрировано применение описанного выше метода. При этом предполагалось, что источник сигнала, подключенный к входу системы (Вх) имеет нулевое сопротивление, а выход (Вых) не нагружен.

Важно отметить, что при расчете должны учитываться емкости, которые ограничивают именно верхнюю граничную частоту. Так, например, емкости гальванической развязки между каскадами, которые определяют нижнюю граничную частоту, не должны учитываться.

Метод оценки нижней граничной частоты

Оценить нижнюю граничную частоту эквивалентной схемы, состоящей только из резисторов, конденсаторов и источников (в том числе управляемых) можно с помощью метода, известного как SC s метод, дуального описанному выше. При этом должны учитываться только емкости, которые ограничивают полосу пропускания снизу (в цепях гальванической развязки и т.д.). Оценка более реалистична, если один из нулей системы доминирует.

Для оценки нижней граничной частоты в системе состоящей только из резисторов, N – конденсаторов и источников необходимо:

Рассчитать каждое эффективное сопротивление RCj связанное с емкостью Сj (j = 1 ... N) при условии, что остальные N – 1 емкостей закорочены;

Рассчитать связанные с емкостями частоты ω j = 1/(Сj RC j); Рассчитать оценку нижней граничной частоты по формуле

N

ωн ≈ ∑ ωj .

j =1

На рис. 5.3 проиллюстрировано применение описанного выше метода. При этом предполагалось, что источник сигнала, подключенный к входу системы (Вх) имеет нулевое сопротивление, а выход (Вых) ненагружен.

в)

Рис. 5.3. Применение метода оценки нижней граничной частоты: а – исходная эквивалентная схема; б – расчет эффективного сопротивления, связанного с емкостью С1; в – расчет эффективного сопротивления, связанного с емкостью С2

Соотношения частотных и временных характеристик для малого сигнала

Время нарастания tr (по уровням 0,1; 0,9) выходного сигнала системы при ступенчатом входном воздействии связано с верхней граничной частотой ωв широкополосной системы соотношением

Лекция 6.

Свойства шумящего четырехполюсника. Примеры малошумящих усилителей.

Напомним, что коэффициента шума многокаскадной системы определяется выражением:

где Fn - коэффициент шума n- го каскада, рассчитанный по отношению к управляющему потенциалу предыдущего блока и КуPn доступное усиление по мощности n- го каскада.

Выражение (6.1) показывает, что наибольший вклад в многокаскадную систему вносит шум первого каскада. Поэтому в радиотракте первым каскадом, как правило, является малошумящий усилитель (МШУ).

Коэффициент шума четырехполюсника

Коэффициент шума четырехполюсника F определяется как отношение общей мощности выходного шума на данной частоте к доле выходного шума обусловленной источником сигнала. На рис.6.1 приведена эквивалентная схема шумящих четырехполюсника и источника сигнала.

Рис. 6.1. Эквивалентная схема шумящих четырехполюсника и источника сигнала Коэффициент шума в системе показанной на рис. 6.1 определяется выражением

где Ys – адмиттанс источника.

Шумовой ток in и шумовое напряжение en могут иметь определенную степень корреляции. При этом ток in можно представить в виде

in = ic + iи ,

где ic и iu — коррелированная и некоррелированная с en составляющие. Удобно ввести корреляционный импеданс Yc

ic = Yc en .

Выражение (6.2) для коэффициента шума преобразуется к виду

В выражении (6.3) присутствуют три независимых источника шума (iu, en, is ), которыми полностью описываются шумовые свойства системы. Этим источникам можно сопоставить (по определению) соответствующие эквивалентные шумовые сопротивления и проводимости

e2

Rn ≡ n ,

4 k T Дf

i 2

Gu ≡ u ,

4 k T Дf

Выражение для коэффициента шума в терминах шумовых сопротивлений и проводимостей имеет вид

где Gc и Gs — действительные части корреляционного адмиттанса и адмиттанса источника, а Bc и Вs соответствующие мнимые части.

Свойства источника сигнала можно выбрать таким образом, чтобы минимизировать

МОП транзистор, как шумящий четырехполюсник

Основной вклад в шумы тока стока МОП – транзистора вносят тепловой и 1/f шумы канала. Малосигнальная эквивалентная схема МОП – транзистора с источниками шума приведена на рис. 6.2.

2

du п Cзс

Uз Uc

di2п Cзи gmUзи rси Cси

Рис. 6.2. Малосигнальная эквивалентная схема МОП – транзистора с источниками шума, приведенными к затвору

Для МОП транзистора справедливы выражения, описывающие его поведение, как шумящего четырехполюсника (в области средних и высоких частот)

Gc ≈ 0 ,

α = gm , gс0

где gс0 – проводимость канала транзистора при Uис = 0; gm – крутизна транзистора насыщенном режиме; γ, δ – подгоночные коэффициенты. В приблизительных расчетах для короткоканальных транзисторов можно полагать γ ≈ 2, δ ≈ 4, с ≈ 0,395.

Примеры малошумящих усилителей

Основная проблема, с которой приходится сталкиваться при проектировании малошумящих усилителей - это проблема согласования входного сопротивления усилителя с сопротивлением источника сигнала. Для широкополосных каскадов ряд способов согласования показан на рис.6.3.

Рис.6.3 Способы согласования широкополосных каскадов.

Приведенные на рис.6.3 схемы усилитлей обладают достаточно большим коэффициентом шума. Это является следствием применения в цепях согласования сопротивлений резисторов. В варианте на рис. 6.3 б) крутизна транзистора строго задана, что также ограничивает достижимый коэффициент шума.

Предельно низких значений коэффициента шума можно достигнуть в узкополосных усилителях. Здесь для согласования используются реактивные элементы, которые не вносят дополнительного шума в систему. При этом используется тот факт, что в индуктивно вырожденных усилителях с общим истоком (рис.6.4) в выражении для импеданса затвора появляется чисто активная составляющая.

Zвх

Ls

Рис.6.4. Индуктивное вырождение истока МОП транзистора Упрощенная схема усилительного каскада, использующего индуктивное вырождение

истока показана на рис.6.5.

+Uи.п.

Lн

Uоп Вых

Вх Lg

Ls

Рис.6.5 Усилительный каскад с индуктивным вырождением истока

Лекция 7.

РЧ КМОП смесители

Смесители являются ключевым элементом преобразователей частоты в современных радиоприемных устройствах. Основным классом смесителей, которые используются в настоящее время, являются коммутационные смесители. Они используют ключи для периодического (в соответствии с сигналом гетеродина) изменения знака входного сигнала. Коммутационные смесители имеют лучшую линейность в сравнении с нелинейными смесителями, которые используют эффект кросс-модуляции для смешивания частот. На рис.1 показаны примеры построения коммутационных смесителей, которые находят применение при использовании дикретной элементной базы (с использованием диодов) (рис.1 а и б) и биполярных интегральных схем (рис.1 в). При этом можно коммутировать сигнал как по напряжению (рис.1 а и б), так и по току (рис.1 в).

в)

Рис.1 Примеры построения коммутационных смесителей; a) и б) – коммутация по напряжению; в) – коммутация по току.