7.15. Шум ПТ

Для ПТ можно использовать ту же модель шума усилителя, что и для биполярного транзистора, т. е. последовательно со входом соединить источник шума напряжения и параллельно присоединить источник шума тока. При этом анализировать шумовые параметры можно так же, как это делалось для биполярных транзисторов (см., например, рис. 7.51 в разделе, посвященном сравнению ПТ и биполярных транзисторов).

Шум напряжения ПТ с р-n-переходом.

Для ПТ с р—n-переходом шум напряжения есть, в сущности, тепловой шум сопротивления канала, который приближенно описывается формулой

где величина, обратная крутизне, играет роль сопротивления в формуле теплового шума.

Так как крутизна растет вместе с током стока (как ), для снижения шума напряжения имеет смысл, чтобы ПТ работали с большим током стока. Однако, поскольку представляет собой тепловой шум, пропорциональный , а крутизну в свою очередь, пропорциональна , то в конечном счете пропорциональна . При столь слабой зависимости от не следует сильно увеличивать ток стока, так как это ухудшит другие параметры усилителя. В частности, ПТ, работая при большом токе, нагревается, что (а) уменьшает , (б) увеличивает дрейф напряжения сдвига и КОСС и (в) драматическим образом увеличивает ток утечки затвора; последний эффект фактически может увеличить шум напряжения за счет некоторого вклада в фликкер-шума, связанного с током утечки затвора.

Существует другой путь для увеличения , а тем самым для уменьшения шума напряжения ПТ с р- -переходом: включив параллельно два ПТ, мы будем иметь вдвое большую , при этом, конечно, удваивается и . Однако теперь, если мы сохраним предыдущее значение , то при этом мы все же получим увеличение раз. На практике мы можем просто включить в параллель несколько согласованных ПТ с р-n-переходом либо обратиться к ПТ с усложненной геометрией, таким как упомянутые выше .

При этом, однако, приходится платить. Все емкости соединяемых параллельно ПТ складываются, в результате чего высокочастотные характеристики (включая коэффициент шума) ухудшаются. На практике подключение дополнительных транзисторов необходимо прекратить, как только входная емкость схемы сравняется с емкостью источника. Если вас волнуют характеристики на высоких частотах, выбирайте ПТ с большой и малой можно рассматривать отношение как меру качества на высоких частотах. Следует отметить, что важную роль может играть также конфигурация схемы; например, чтобы исключить эффект Миллера (умножение за счет коэффициента усиления) относительно можно применить каскодную схему.

МОП-транзисторы обычно имеют намного большие значения шума напряжения, чем ПТ с , причем преобладает шум , так как спад лежит у них в диапазоне достаточно высоких частот: от 10 до . По этой причине МОП-транзисторы обычно не используют в малошумящих усилителях на частотах, меньших 1 МГц.

Шум тока ПТ с p-n-переходом.

На низких частотах шум тока крайне мал; он возникает из дробового шума тока утечки затвора (рис. 7.53):

Кроме того, в некоторых ПТ присутствует компонента фликкер-шума. Шум тока растет с ростом температуры, как ток утечки затвора. Обратите внимание на быстрый рост утечки затвора у -канального ПТ с р-n-переходом, при больших значениях (см. разд. 3.09).

На средних и высоких частотах есть еще одна компонента шума, а именно действительная часть входного полного сопротивления со стороны затвора.

Рис. 7.53. Зависимость входного тока шума от тока утечки затвора для ПТ с -переходом. (National Semiconductor Corp.).

Эта составляющая обусловлена действием емкости обратной связи (эффектом Миллера) при сдвиге фазы на выходе, порожденном емкостью нагрузки; иначе говоря, часть выходного сигнала, сдвинутая по фазе на 90°, проходя через емкость обратной связи , создает эффективное сопротивление на входе

Например, -канальный ПТ с имеет ток шума и напряжение шума и другое при и на частоте . Ток шума начинает ползти вверх при частоте около . Эти значения примерно в 100 раз лучше по и в 5 раз хуже по , чем соответствующие значения рассмотренного ранее .

С помощью ПТ можно получить хорошие шумовые параметры в диапазоне полного сопротивления от 10 кОм до . Предусилитель фирмы PAR модели 116 имеет коэффициент шума 1 дБ и лучше при полном сопротивлении источника от 5 кОм до в диапазоне частот от 1 до . Этот предусилитель на умеренных частотах имеет напряжение шумов и ток шумов .