7.13. Шум тока и напряжения транзисторного усилителя

Шум, порождаемый усилителем, легко описать с помощью простой модели, достаточно точной для многих целей. На рис. обозначает источник шума напряжения, последовательный по отношению к входному сигналу, а обозначает шум входного тока. Транзистор (и вообще усилитель) предполагается бесшумным и просто усиливает напряжение входного шума, которое приходит к нему.

Рис. 7.42. Модель шумов транзистора.

Таким образом, усилитель дает полное напряжение шума которое, будучи отнесено ко входу, равно

Два слагаемых в скобках - это просто входное напряжение шума и напряжение шума, порождаемое прохождением шума входного тока усилителя через сопротивление источника. Так как эти два шума обычно не коррелированы, то, складывая квадраты их амплитуд, получим эффективное напряжение шума, поступающего на усилитель. При малом сопротивлении источника преобладает шум напряжения , а при большом - шум тока .

На рис. 7.43 для иллюстрации приведены кривые зависимости от для . Сейчас мы постараемся вникнуть в некоторые детали, описывая эти величины и демонстрируя, как вести проектирование для минимизации шума. Стоит отметить, что шум напряжения и тока для транзистора лежит в диапазоне нановольт и пикоампер на корень из герца.

Рис. 7.43. Зависимость эквивалентного среднеквадратичного входного напряжения шума и входного тока шума от коллекторного тока для -транзистора Instrument Corp.).

Шум напряжения

. Эквивалентный генератор шумового напряжения рассматривают как включенный последовательно с базой транзистора. Этот генератор представляет сумму теплового шума, порожденного объемным сопротивлением базы , и дробового шума коллекторного тока, порождающего шум напряжения на дифференциальном сопротивлении эмиттера . Эти два слагаемых имеют следующий вид:

Они являются гауссовскими белыми шумами. В дополнение к этому существует некоторый фликкер - шум, порожденный прохождением тока базы через . Он существен только при больших токах базы, т. е. при больших токах коллектора. Поэтому величина постоянна в большом диапазоне значений тока коллектора; она увеличивается при малых токах (дробовой шум тока через возрастающее сопротивление ) и при достаточно больших токах (шум фликкер - эффекта от прохождения через . Последний эффект существен только на низких частотах из-за зависимости . Например: на частотах свыше равно при при . На рис. 7.44 показаны кривые зависимости от частоты и тока для малошумящей дифференциальной -пары и малошумящего производства фирмы Toyo-Rohm. В последнем используется специальная геометрия для достижения необычайно низкого Ом, что позволяет получить самые низкие на сегодня значения .

Шум тока.

Шумовой ток следует учитывать, так как он порождает дополнительный шум напряжения на полном сопротивлении источника сигнала.

Рис. 7.44. Зависимость входного напряжения шума от коллекторного тока для двух малошумящих биполярных транзисторов.

Рис. 7.45. Входной ток шума для биполярного транзистора . а - зависимость от тока коллектора; б - зависимость от частоты.

Рис. 7.46. Модель шумов усилителя.

Основным источником шума тока являются флуктуации дробового шума в установившемся токе базы, складывающиеся с флуктуациями за счет фликкер - шума в . Вклад дробового шума - это шум тока, возрастающий пропорционально корню квадратному из и имеющий плоский частотный спектр, в то время как составляющая фликкер - шума растет с быстрее и имеет обычную частотную зависимость вида . Взяв опять для примера на частотах свыше , имеем около при при . Шум тока растет, а шум напряжения спадает при увеличении . В следующем разделе мы увидим, как это обстоятельство определяет выбор значений рабочих токов в малошумящих схемах. На рис. 7.45 показаны графики зависимости от частоты и тока для малошумящей пары .