Оптимальное согласование по шумам

 

Оптимальное согласование по шумам осуществляется в соответствии с критерием оптимальности, которым является выполнение равенства:

							ш2
R c		U	кз	(10.6)
^y Вх				ш^2
U	хх

Как видно из выражения (10.6), условие согласования по шумам не совпадает с условием согласования по мощности:

^R c opt		(10.7)
	^y Вх

При выполнении оптимизации с использованием всех трех способов результирующий коэффициент шума F _рез усилительного каскада оценивается по формуле:

^y Вх

^N рез

ш2

ш2

(10.8)

U

хх U

кз

2 kT

Контрольные вопросы

 

48) Как уменьшить тепловой шум усилителя?

 

а) Уменьшить номиналы используемых в усилителе сопротивлений.

 

б) Уменьшить температуру усилителя, используя различные системы охлаждения. в) Уменьшить полосу усиливаемых частот.

г) Увеличить коэффициент усиления усилителя. д) Увеличить запас усилителя по усилению.

 

49)Какой каскад многокаскадного усилителя оказывает наибольшее влияние на общий коэффициент шума?

 

а) Наиболее шумящий каскад.

 

б) Каскад с наибольшим коэффициентом усиления. в) Первый каскад.

г) Последний каскад.

 

д) Каскад с ВЧ коррекцией.

 

 

50)Какие способы позволяют уменьшить шум в усилительном устройстве? а) Оптимальный выбор транзистора.

 

б) Оптимальный выбор рабочей точки. в) Оптимальное согласование по шумам. г) Все перечисленные способы.

 

д) Ни один из перечисленных способов.

 

11. Усилители, охваченные 100% ООС

 

Повторители напряжения имеют следующие отличительные особенности

 

по сравнению с типичными усилительными каскадами:

 

1) отсутствие способности усиливать напряжение, т.е. коэффициент усиления по напряжению K_u в таких устройствах меньше 1;

 

2) весьма большое усиление по току K_I, даже больше, чем у каскада, собранного по схеме с общим эмиттером или общим истоком;

 

3) очень большое входное сопротивление R _Вх;

 

4) малое выходное сопротивление R _Вых, близкое к выходному сопротивлению каскада с общей базой или общим затвором;

5) широкополосность, обусловленная малой входной емкостью.

 

Данные особенности повторителей напряжения обусловлены: во-первых,

 

схемой включения транзистора, во-вторых, введением 100%-ой ООС, в-

 

третьих, местом съема выходного сигнала (эмиттер или исток).

 

Повторители напряжения используются в многокаскадных усилителях в качестве буферных каскадов (устройств согласования), от которых требуется получить большое входное и малое выходное сопротивления.

 

 

Истоковый повторитель

 

По виду подключения истоковой нагрузки различают три следующие

 

схемы истокового повторителя (рис.11.1).

 

C р1

E П

C р1

E П

C р1

E П

C р2

R З

R Н

R З

R З

И

Н

R И

Н

R

R

R

а) б) в)

 

Рис.11.1. Принципиальная схема истокового повторителя

 

На рис.11.1а) представлена схема, в которой сопротивление нагрузки R _Н

 

включено напрямую в цепь истока и содержащая минимум элементов. Однако изменение сопротивления R _Н приведет к изменению положения рабочей точки транзистора. Данные изменения будут незначительными, так как каскад охвачен 100%-ой ООС, которая будет стремиться стабилизировать положение рабочей точки транзистора. Недостатком этой схемы повторителя напряжения является то, что в режиме отсутствия входного сигнала через сопротивление нагрузки R _Н будет протекать ток истока большой величины, который приведет

 

к разогреву R _Н.

 

На рис.11.1б) представлена схема, в которой уменьшено влияние сопротивления нагрузки R _Н на положение рабочей точки транзистора в силу того, что оно включено параллельно сопротивлению R _И. Недостаток: как и для схемы на рис.11.1а) на сопротивлении нагрузки R _Н будет выделяться значительная тепловая мощность.

 

На рис.11.1в) представлена усовершенствованная схема истокового повторителя. В режиме молчания, когда входной сигнал отсутствует (U _Вх 0),

 

ток, протекающий через повторитель, будет определяться сопротивлением R _И.

 

Недостаток: с уменьшением величины сопротивления нагрузки R _н будет

 

увеличиваться значение разделительной емкости C _р, что приводит к увеличению веса и габаритов повторителя напряжения.

 

Составим эквивалентную схему последнего варианта повторителя (по рис.11.1в) с учетом допущения, что на переменном токе шина питания и шина

 

«земля» являются короткозамкнутыми (рис.11.2).

 

C_р

 

SU

yi

yи

S C

yн

вх

Рис.11.2. Эквивалентная схема истокового повторителя напряжения

 

Элемент y И		присутствует в эквивалентной схеме, так как в цепи
R
	И

 

истока отсутствует конденсатор С _И, который на переменном токе идеально шунтировал сопротивление R _И. Элемент S включен в схему вследствие того,

 

что повторитель напряжения охвачен 100%-ой ООС.

 

Вследствие того, что емкости С _р и С ₀ имеют значения, отличающиеся на несколько порядков, то их влияние будет различно в различных областях частот.

 

Область СЧ. В области средних частот влиянием емкостей С _ри С ₀

 

можно пренебречь по аналогии с каскадом предварительного усиления на полевом транзисторе (рис.11.3).

 

SU_вх ^yi ^yи S ^yн

 

Рис.11.3. Эквивалентная схема истокового повторителя напряжения в области СЧ

 

Из анализа эквивалентной схемы номинальный коэффициент усиления истокового повторителя будет определяться согласно выражению:

 

K 0						S			(11.1)
	y y	И	S y	Н
		i
Из записанного выражения видно, что K 0	1.
Область ВЧ.В области высоких частот каскад предварительного усиления
описывается постоянной времени в области ВЧ τв:
M	(ω)								(11.2)
1 j в

 

АЧХ повторителя напряжения, следовательно, запишется в виде:

 

M	повт	(ω)			,	(11.3)
		1 j	в повт

где _{в повт} ^в, F 1 S R _И.

F

 

Постоянная времени повторителя напряжения _{в повт} в F раз меньше чем в усилительном каскаде, поскольку каскад охвачен 100%-ой ООС.

 

Следовательно, искажения в повторителе будут меньше, чем в усилительном каскаде на том же транзисторе.

 

Область НЧ. В данной области частот поведение истокового повторителянапряжения аналогично поведению каскада предварительного усиления и полученные раннее соотношения для каскада предварительного усиления справедливы и для истокового повторителя. То есть расчет разделительной емкости С _р в повторителе аналогичен расчету С _р в каскаде предварительного

 

усиления.