8.2. Розрахунок стійкості уу

Оцінку стійкості УУ, представленого еквівалентним чотириполюсником, що описується Y-параметрами, зручно проводити за допомогою визначення інваріантного коефіцієнта стійкості [2]:

.

При k>1 підсилювач безумовно стійкий, при k<1 - потенційно нестійкий, тобто існують такі поєднання повної провідності навантаження і джерела сигналу, при яких можливе виникнення генерації.

Стійкість підсилювача з урахуванням провідності навантаження і джерела сигналу визначається наступним співвідношенням:

.

При k>1 підсилювач безумовно стійкий, при k<1 - нестійкий, k=1 відповідає межі стійкості.

Еквівалентні Y-параметры підсилювача визначаються, згідно методиці підрозділу 2.3, в заданих точках діапазону робочих частот. Використання інваріантного коефіцієнта стійкості особливе зручно при машинному аналізі УУ. Інші методи оцінки стійкості описані в [6].

8.3. Розрахунок шумових характеристик уу

Шуми в УУ в основному визначаються шумами активних опорів і підсилювальних елементів, розташованих у вхідних каскадах. Найбільший внесок в потужність шуму, що створюється підсилювальним каскадом, вносить підсилювальний елемент. Наявність власних джерел шумів обмежує можливість посилення слабких сигналів.

Залежно від природи виникнення, власні шуми транзистора підрозділяються на теплові, дроби, шуми токораспределения, надмірні і так далі

Теплові шуми обумовлені безладними переміщеннями вільних носіїв заряду в провідниках і напівпровідниках, дроби - дискретністю заряду носіїв (електронів і "дірок") і випадковим характером інжекції і екстракції їх через p-n-переходы. Шум токораспределения викликається флуктуаціями розподілу струму емітера на струми колектора і бази. Всі вищеперелічені види шумів мають рівномірний спектр.

Природа надмірних шумів до кінця ще не з'ясована. Зазвичай їх пов'язують з флуктуаціями стани поверхні напівпровідників. Спектральна щільність цих шумів назад пропорційна частоті, що послужило приводом для назви їх шумами типу 1/f. Ще їх називають фликкер-шумами, шумами мерехтіння і контактними шумами. Шуми типу 1/f сильно зростають при дефектах в кристалічній решітці напівпровідника.

Найбільш вагомий внесок до потужності шумів підсилювальних елементів вносять теплові шуми.

Шуми активних елементів можна представити у вигляді джерела напруги (малюнок 8.1а) або джерела струму (малюнок 8.1б).

Відповідні значення ЕДС і струму цих джерел наступні (див. підрозділ 2.2):

,

,

де - смуга робочих частот; - постійна Больцмана; Т - температура в градусах Кельвіна; - шумовий опір - шумова провідність .

Для стандартної температури Т=290к ці формули можна спростити:

.

Спектральна щільність шумів по напрузі і струму складає [17]:

,

,

де

Будь-який активний елемент можна представити шумлячим чотириполюсником (малюнок 8.2) і по даних формулах розрахувати його шумові характеристики.

У [16] приведені вирази для шумових параметрів БТ і ПТ нормованої спектральної щільності шумів по напрузі по струму і взаємній спектральній щільності що є відповідно шумовим опором, шумовою провідністю і взаємною спектральною щільністю шумів.

Для БТ, включеного по схемі з ОЕ:

,

,

,

де і у міліамперах, g і у миллисименсах. При обліку фликкер-шумов для частот f10Гц в даних виразах слід прийняти:

,

.

Для ПТ, включеного з ОЇ:

,

,

.

Дані формули застосовні і для інших схем включення транзисторів.

Вважаючи рівномірним спектральна щільність шумів, згідно [16] можна отримати вираз для коефіцієнта шуму каскаду:

.

Досліджуючи цей вираз на екстремум, визначаємо оптимальний опір джерела сигналу при якому коефіцієнт шуму каскаду F мінімальний:

.

При цьому в більшості випадків виявляється, що не співпадає з оптимальним з погляду отримання необхідної каскаду ( > ). Виходом з даної ситуації є включення між першим і другим каскадами ланцюга протишумової корекції (малюнок 8.3).

Введенням протишумової корекції добиваються підвищення коефіцієнта передачі каскадів в області ВЧ (шляхом внесення ланцюгом, що коректує, загасання на НЧ і СЧ), компенсуючи тим самим спад посилення на ВЧ за рахунок високоомного .

Приблизно параметри протишумової корекції можна визначити з рівності її постійною часу RC постійною часу некоректованого каскаду.

Розрахунок шумів каскадних сполучених чотириполюсників (багатокаскадного підсилювача) зазвичай зводиться до розрахунку коефіцієнта шуму вхідного ланцюга і вхідного каскаду. Перший каскад в такому підсилювачі працює в малошумливому режимі, а другий і інші каскади в звичайному режимі.

Розрахунок шумів в загальному випадку є складним завданням, що вирішується за допомогою ЕОМ. Для ряду окремих випадків шумові параметри можуть бити розраховані по співвідношеннях, приведених в [16].