7.14. Проектиране нисък шум вериги биполярни транзистори
Фактът, че се намалява и се увеличава с увеличаване на ток дава възможност за оптимизиране на операционната ток на транзистора да получи минимум шума за даден източник на сигнал. Отново, погледнете модела (фиг. 7.46). "Тиха" източник има добавка шум като генератор на напрежение (термичен шум на неговата вътрешно съпротивление). Усилвателят добавя свой собствен шум тук:
Така шума напрежение на усилвателя се добавя към входния сигнал и освен шум усилвател ток генерира шум от източника на вътрешно съпротивление напрежение. Тези две шум са несвързани помежду си (с изключение на много висока честота) и се добавят квадрати. Нашата цел - колкото е възможно да се намали цялостното ниво на шум на усилвателя. Това става лесно, ако знаете, като просто погледнете зависимостта на честотите на сигнала и да изберете което намалява.
Ако имате късмет и имате карта на нивото на шума на коефициента линии на полето, можете бързо да се определи най-добрата стойност.
Пример изчисляване на фигурата шум.
Например, да предположим, че имаме малък сигнал с честота от около, съпротивление източник на около 10 ома, а ние искаме да изградим един усилвател в основата. От кривите (фиг. 7.47) може да се види, че сумата на напрежение и ток вноски (ако източник 10 Kohm резистор) ще бъде минимално в текущата колектора. Тъй като с намаляване на текущата шум намалява по-бързо от напрежението шум, че е разумно да се използва малко по-ниска колектор ток, особено ако очакваната работа на по-ниски честоти се увеличава рязко, както и честотата намалява). Можете да се оцени независимо фигурата шум, като се използват стойностите на честотата:
Когато за съпротивлението източник 10 ома; Така изчислената стойност на шума е 0,6 db. Този резултат съвпада с графиката на честота зависимостта на CABG (фиг. 7.48) за избор на крива.
Фиг. 7.47. теснолентов ниво на шума на коефициента линии на транзистор, на честотната лента от 150 Hz за.
Фиг. 7.48. Зависимостта на коефициента на шум (NF) спрямо честота за три стойности у к транзистор.
Този избор на тока колектор е приблизително същата като в резултат на което ще се получи от графиката на фиг. 7.47 (шум фигура в съответствие с нивото на честотата), въпреки че действителната цифра шум за тези редове е трудно да се прецени - може да се каже само, че е по-малко от 2 db.
Упражнение 7.5. Вземете оптималната стойност и съответния коефициент шум К, и с помощта на графиката на фиг. 7.43. Проверете криви за реагиране на нивото на шума от линиите на коефициент (фиг. 7.47).
За други схеми на усилвателя (повторител с заземен база усилвател) шум фигура и когато данните ще бъдат по същество едни и същи, тъй като не се е променило. Разбира се, с усилвател с единство печалба (ретранслатор) просто "изпраща" на проблема за намаляване на шума на следващия етап, тъй като сигналът се усилва до степен, която прави възможно да не мисли за намаляване на шума в следващите етапи.
графичен метод усилвател оценка на шума.
Просто въведена техника изчисляване на шума, въпреки че води директно към резултата, но не изключва възможността за появата в процеса на проектиране ужасни грешки. Достатъчно, например, не се поставим на мястото на константата на Болцман, а ние изведнъж се усилвател с фигура на шума от 10 000 db!
В този случай, ние описваме опростена техника е много полезна за оценка на шума.
Методът се състои в това, че ние се интересуваме, първо честота е избрана така, че да можете да избирате от паспорт транзистор стойности на данни зависят. След това, когато даден ток се нанасят (като сума на вноските за шума) от съпротивлението на източника. Фиг. 7.49 показва как изглежда на честотата за диференциално вход етап транзистор двойката, използващо кохерентна Ultra-р работещ на ток колектор. Напрежението на шум е постоянна, а напрежението се увеличава пропорционално, т. е. с наклон от 45 °. Линия усилвател шум се конструира, както е показано на фигурата, където е необходимо внимателно да се наблюдава, че тя преминава през 3 db точка (стрес съотношение от около 1.4) на над точката на пресичане отделно изработена напрежение шум и настоящите линии. Освен това, строителна линия шум съпротива източник на напрежение, което е фактор линия шум 3 ниво db. Друга линия CS ниво - са прави, успоредно на нея, тъй като тя скоро ще бъде показано в примерите.
Най-добрата фигура шум (0,2 db) в същото колектор ток и тази честота се наблюдава при 15 ома източник импеданс, и е лесно да се види, че фигурата на шума е по-малко от 3 db, когато източник импеданс между 300 ома и точката, в която нивото на шума на коефициента линии 3 db пресича графиката на шум усилвател.
Фиг. 7.49. Зависимостта на напрежението вход шум на усилвателя, като сумата на параметрите от съпротивлението на източник на сигнал. Шумът на етапа на въвеждане на честотата на.
Следващата стъпка - изграждането на шума други криви на една и съща графика на различни колекторни токове и честоти, а вероятно и други видове транзистори, за да се оцени параметри на усилвателя. Преди да продължим в тази посока, ние показваме как е възможно една и съща усилвателя да се прилагат две различни параметър характеризиране на шума: устойчивост на шума и фигура шум NF (под), и двете от които са получени директно от графиките.
устойчивост на шума.
Най-ниската шум в този пример, се получава, когато изходния импеданс на 15 ома, което е равно на съотношението. Така резистентност шум се определя. Коефициент на източник на шум с резистентност се определя от представения по-рано израз:
устойчивост на шума в действителност не съществува в транзистора, или някъде другаде.
Фиг. 7.50. Пълен напрежение усилвател вход шум биполярен транзистор при различни условия в сравнение с РТ с. Монолитна съвпадение чифт транзистори в -bipolyarnyh.
Този вариант, който помага за бързо идентифициране на източника на съпротивата, която дава минималната цифра шум, така че, в идеалния случай, че е необходимо да се промени сегашната колектора, така че да се побере възможно най-близо до действителния източник на съпротива. Това съответства на точката, в която пресича графиката.
шум за устойчивост източник равни формула е дадена по-горе.
Алтернатива: биполярен транзистор или пт
Нека да си играе с тази техника. Постоянна ябълка на раздора между инженери е въпросът какво е "по-добър": биполярно или полевите транзистори? Ние чинно предоставят решение на този проблем единоборство от най-добрите представители на двете конкуриращи се страни. Даваме възможност в интерес на лоялната конкуренция, за да се бори с два отбора National Semiconductor, избиране две единоборство.
По този начин, в биполярно ъгъл - голям монолит - съвместно работеща двойка с ултра-високо (- е готов за състезанието (виж по-горе) Съюзът действа на колектор ток до (Фигура 7.50) ....
PT отбор представени чифт съвпадащи монолитна-канален БНТ, известен с невероятно ниската си шум и да се чувствате, както обикновено се смята, че тези параметри биполярни транзистори. Според паспортни данни, тя е предназначена само за текущия интервал поток между 100 (фиг. 7.51).
Фиг. 7.51. Пълното въвеждане на шум напрежение за БНТ с сравнение с биполярен транзистор. Монолитна съвпадащи двойки канал FET с най-.
Кой е победителят?
Разтворът е двойна. FET точкуване точки за свеждане до минимум на фигурата шум достига стойности от 0,05 db изключителна и задържане добре под 0.2 db когато изходния импеданс между 100 ома до. При висока мощност FET непобедим съпротива. Биполярни транзистори са по-напред при ниска източник импеданс, по-специално по-малък от 5 ома, и може да достигне до 0,3 db NF в буца в подходящ избор на тока колектор. За сравнение, PT имат CABG източник импеданс на 1 Kohm не по-добре от 2 db от по-големия напрежение шума.
Както и в бокса, където са най-добрите в битка, не означава да имат шанс да участват в Световната купа, и тук има няколко млади претенденти за най-добър транзистора ниско ниво на шума. Например, по допълващ FET Toshiba компания използва клетъчен геометрия на крилото, която позволява да се получи феноменално ниска стойност (това е еквивалентно термичен шум -omnogo резистор!). Но това БНТ ниското си входен ток (и следователно ниско), и по този начин, че съпротивлението на шум е приблизително равно на 10 ома. Когато се използва в усилвател с резистентност източник равна на тяхната устойчивост шум (т.е. когато .. к), тези транзистори без загуба - температура на шума е само 2 K!
Преди да си купите чанта тече тези забележителни Fr, чуват критики, че да ги направи съмнявам безкрайност -Това БНТ имат висока вход капацитет и обратна връзка капацитет по-голямата (и 85 съответно), което ги прави частично добре при високи честоти. Техните роднини в това отношение е по-добре, но го прави по-горе. Тези критики са валидни аргументи за биполярни допълнителни чифта Toyo-Rohm фирми, които могат да се получат дори и най-добрите работни параметри, когато най-малко не по-висока от най-умерен източник импеданс и честота.
Малък източник импеданс.
Биполярно-транзисторни усилватели осигуряват много добри параметри на шума в обхвата на съпротивлението на източника от 200 ома до съответната оптимална колектор ток е обикновено в диапазона от няколко милиампера до, т. Е. колектора течения се използват в етап LNA на входа, малко по-малко общо казано отколкото в не-оптимизирани етапи шум усилвател.
При много ниско съпротивление източник (например, 50 ома) винаги ще преобладават транзистор шума напрежение и шум ще бъде незадоволително. В този случай най-добре е да се използва трансформатор за повишаване на нивото (източник и устойчивост) на сигнал, като се държи сигнала на вторичната намотка като източник на сигнал. Високите сигнални преобразуватели и Джеймс издават Принстън приложни изследвания фирми. Например, тя произвежда чрез предусилвател модел PT-116 има напрежение и ток шум, че най-малкото съотношение шум се наблюдава, когато източник на сигнал импеданс на около. Сигналите от честотния източник импеданс на около 100 ома в лошо съгласие с този усилвател, тъй като напрежението шум на усилвателя ще бъдат много по-големи от източника на топлинна шум сигнал; в резултат, ако такъв сигнал се подава директно към усилвател, фигурата на шума е равна на 11 db. Ако използвате вградената (по желание) повишаващ трансформатор, с увеличаване на нивата на сигнала с източник импеданс, напрежението надвишава шум усилвател, и фигурата на шума става 1,0 db.
Радио честота в диапазона например от около добър трансформатор направи сравнително лесно за "адаптивни" (теснолентова), и за широколентови сигнали.
В такива честоти лесно конструира "далекопровод трансформатор" с широка честотна лента и много добри параметри. Някои от начините да направите това ще бъдат обсъдени в Глава. 13, т. 2. Но при ниски честоти (аудио и долу) използването на трансформатори проблематични.
Три наблюдения: (а) увеличава напрежението пропорционално на съотношението на броя на завъртанията в намотките и импеданс - пропорционална на квадрата на това съотношение. Следователно общият импеданс трансформатор, увеличава напрежението два пъти входно съпротивление надвишава четири пъти (поради натрупване на енергия), (б) трансформатори несъвършена. При ниски честоти на сигнала може да достави на проблеми магнитно насищане при висока - капацитет и индуктивност на намотките, и винаги се наблюдава загуба поради магнитните свойства на ядрото и ликвидацията съпротива. Последният също е източник на термичен шум. Независимо от това, когато се занимават с източник на сигнал, с много ниско съпротивление, нямате друг избор, докато приложението трансформатор, тъй като предишния пример дава огромна печалба. За да се подобри действието на сигнал с ниско ниво и ниско съпротивление на източника, може да се използва и като апарат екзотични охлажда трансформатори, свръхпроводящи трансформатори и SKIP (свръхпроводящ Quantum интерференция Devices). С Скип възможно да се измери напрежението на реда! (C) и предупреждава, отново се опита да се подобри работата чрез добавяне на допълнително съпротивление на източник на сигнал с ниско съпротивление. Ти просто се окажете поредната жертва на често срещано погрешно схващане за шумовия фактор.
Голям източник импеданс.
За по-големи стойности на източник импеданс по-голяма от, да речем, 100 ома преобладава транзистор текущата шум и най-доброто устройство за ниско усилване на шума ще TP.
Фиг. 7.52. Зависимостта на топлинна плътност на шума напрежение на температурна устойчивост. Също така е показана плътността на шум мощност в режим на късо съединение.
Въпреки, че той напрежение шум обикновено е по-голяма от тази на биполярен транзистор, но токът порта и шумът е пренебрежимо малка, така че устройствата БНТ са идеални за усилватели, работещи с източник на сигнал с висок импеданс и дават ниско ниво на шум. В тази връзка, понякога е полезно да се третират като термичен шум ток участие на шум, който позволява да се сравни източника на шум и шум усилвател на ток (фиг. 7.52).
Свързани статии