Tervezése alacsony zajszintű áramkör bipoláris tranzisztorok
7.14. Tervezése alacsony zajszintű áramkör bipoláris tranzisztorok
Az a tény, hogy csökken, és növekszik az áram lehetőséget ad arra, hogy optimalizálja az üzemi áram a tranzisztor, hogy megkapjuk a minimális zaj egy adott jelforrás. Ismét, nézd meg a modell (ábra. 7,46). „Csendes” forrás additív zaj, mint a feszültség generátor (termikus zaj a belső ellenállás). Az erősítő hozzáadja a saját zaj van:
Ily módon a feszültségmérő zaj az erősítő adunk a bemeneti jel, továbbá a zaj erősítő aktuális zajt a belső ellenállását feszültségforrás. Ez a két zajszint nem korrelált (kivéve a nagyon magas frekvenciájú) és terek adunk. Célunk - a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni a teljes zajt az erősítő. Ez könnyen elvégezhető, ha tudja, mint csak nézd meg a függőség jelfrekvenciákon, és válassza ki, amely minimálisra csökkenti.
Ha szerencsés vagy, és van egy térkép a zajszint az együttható vonalak a pályán, akkor gyorsan meg a legjobb érték.
Példa kiszámításakor zajtényezőt.
Tegyük fel például, hogy van egy kis jel frekvenciája kb, a forrás ellenállása körülbelül 10 ohm, és szeretnénk építeni egy erősítőt a bázison. A görbék (ábra. 7,47) Látható, hogy az összeg a feszültség és áram hozzájárulások (ha forrás 10 kOhm-os ellenállás) minimális lesz az áramkollektor. Mivel a csökkenés a jelenlegi zajszint gyorsabban csökken, mint a zaj feszültség, ésszerű, hogy egy kissé alacsonyabb kollektor árama, különösen akkor, ha a várható munkák alacsonyabb frekvenciákon meredeken emelkedik a frekvencia csökken). Akkor függetlenül értékeli a zajszint felhasználásával az értékek jelentése:
Amikor a forrás ellenállás 10 ohm; így kiszámított zaj arány 0,6 dB. Ez az eredmény egybevág azzal a grafikon frekvenciafüggését CABG (ábra. 7,48) a választás a görbe.
Ábra. 7.47. keskeny sávú zaj szintje az együttható vonalak a tranzisztor, a sávszélessége 150 Hz.
Ábra. 7,48. A függőség a zaj hányados (NF) a frekvencia függvényében három értéke Y K tranzisztor.
Ez a választás a kollektor áram megközelítőleg megegyezik azzal az eredménnyel, amelyet akkor kapnánk, a grafikon látható. 7,47 (zajtényezőt gyakorisággal szinten vonal), bár a tényleges zajtényezőt ezeken a vonalakon nehéz megbecsülni - csak azt mondta, hogy ez kevesebb, mint 2 dB.
Feladat 7.5. , Hogy az optimális értéket, és a megfelelő a zaj k együtthatót, és használata a grafikon látható. 7.43. Ellenőrizze a válasz görbék a zajszint az együttható vonalak (ábra. 7,47).
Más rendszerek az erősítő (repeater földelt bázissal erősítővel) zajszám és amikor az adatok lesznek lényegében azonos, mivel nem változott. Persze, egy erősítő egység erősítés (repeater) egyszerűen „küld” a problémát, csökkenti a zajt a következő szakasz, mivel a jelet felerősítve olyan mértékben, amely lehetővé teszi, hogy nem arra gondolni, csökkenti a zajt a következő szakaszban.
A grafikus módszer erősítő zajbecslést.
Csak be zaj számítási módszert, bár egyenesen vezet az eredményt, de nem zárja ki annak lehetőségét, hogy a megjelenés a tervezési folyamat a szörnyű hibákat. Elég például, ne tegye a helyére a Boltzmann állandó, és akkor hirtelen kap egy erősítőhöz zajtényezője 10.000 dB!
Ebben az esetben leírjuk egy egyszerűsített módszer nagyon hasznos zaj értékelést.
A módszer lényege az, hogy mi érdekli, első frekvencia úgy van megválasztva, hogy lehet választani útlevél tranzisztor adat értékek függnek. Aztán, amikor egy adott aktuális ábrázoljuk (összegeként hozzájárulás a zaj) a forrás ellenállás. Ábra. 7,49 mutatja, hogy hogyan néz ki a frekvenciát a differenciális bemeneti fokozat tranzisztorpárnak koherens Ultra-p működő áramkollektor. A zaj feszültség állandó, és a feszültség arányosan növekszik, t. E. Elhajlással 45 °. Vonal zajú erősítő van kialakítva az ábrán látható, ahol szükség van, hogy figyelemmel kísérjük a tény, hogy az áthalad a 3 dB-es pont (feszültség arány körülbelül 1,4) a fenti a metszéspont külön kialakítani zaj feszültség és áram vonalak. Továbbá, építési vonal ellenállás zajt feszültségforrás, amely vonal a zaj tényező 3 dB szinten. Más vonalon CS szint - egyenesek, párhuzamosak vele, hiszen hamarosan megjelennek a példákat.
A legjobb zajszám (0,2 dB) ugyanabban kollektor árama és a gyakoriság figyelhető meg 15 ohm forrás impedancia, és könnyen belátható, hogy a zaj a szám kevesebb, mint 3 dB, ha a forrás közötti impedancia 300 ohm, és az a pont, ahol a zajszint az együttható vonalak 3 dB metszi a grafikon az erősítő zaj.
Ábra. 7,49. A függőség a bemeneti zaj feszültség az erősítő összegeként a paramétereket a jelforrás ellenállás. A zaj a bemeneti fokozat a frekvenciáját.
A következő lépés - épület zaj más görbék ugyanazon a grafikonon különböző kollektor áramok és frekvenciák, és esetleg más típusú tranzisztorok, annak érdekében, hogy értékelje paramétereit az erősítőt. Mielőtt bármilyen további ebben az irányban, megmutatjuk, hogy hogyan lehetséges az egy és ugyanazon erősítőt alkalmazni két különböző paraméter jellemző a zaj: zaj ellenállás és a zaj ábrát NF (alatti), mindkettő, amelyeket közvetlenül a grafikonok.
Zaj ellenállás.
A legalacsonyabb zaj arány ebben a példában kapunk, ha a forrás impedanciája 15 ohm, amely egyenlő az arány. Így a zaj ellenállás határozza meg. forrás zaj együtthatót ellenállás meghatározása a korábban bemutatott kifejezést:
Zaj ellenállás nem igazán létezik a tranzisztor, vagy valahol máshol.
Ábra. 7,50. Teljes feszültség erősítő bemeneti zaj bipoláris tranzisztor különböző körülmények között, mint a PT. Monolit illesztett pár tranzisztort -bipolyarnyh.
Ez a lehetőség, ami segít, hogy gyorsan azonosítani a forrását az ellenállás, amely a minimális zaj szám, úgy, hogy ideális esetben meg kell változtatni a jelenlegi kollektor úgy, hogy illeszkedjen a lehető legközelebb a tényleges forrása ellenállás. Ez megfelel a pont, ahol metszi a grafikonon.
zaj arány a forrás ellenállás megegyezik, a képlet a fent megadott.
Alternatív: egy bipoláris tranzisztor, vagy Sun.
Játsszunk ezzel a technikával. A állandó vita tárgya a mérnökök körében az a kérdés, hogy mi a „jobb”: bipoláris vagy FET? Mi kötelességtudóan megoldást erre a problémára egyetlen harci legjobb képviselői a két versengő fél. Mi teszi a tisztességes verseny érdekében a harcot a két csapat a National Semiconductor, kiválasztja a két párbaj.
Így a bipoláris sarokban - egy nagy monolit - egy párként ultra-magas (- készen áll a versenyre (lásd fent) működik egy kollektor árama maximum (ábra 7,50) ....
PT csapat bemutatta egy pár illeszkedő monolit-csatorna FET híres elképesztően alacsony zajszint és kiváló, mint általában hiszik, ezek a paraméterek bipoláris tranzisztorokat. Szerint útlevél adatait, úgy tervezték csak áram közötti tartományban 100 (ábra. 7,51).
Ábra. 7.51. Teljes bemeneti zaj feszültség a FET és összehasonlítjuk egy bipoláris tranzisztor. Monolit illesztett pár-csatornás FET AT.
Ki a győztes?
Az oldatot kettős. FET pontszerzés a zaj csökkentése érdekében a szám elérte értékei 0,05 dB fenomenális és a gazdaság jóval 0,2 dB, ha a forrás közötti impedancia 100 ohm. Nagy teljesítmény FET legyőzhetetlen ellenállás. Bipoláris tranzisztorok megelőzve alacsony forrás impedancia, különösen kisebb, mint 5 ohm, és elérheti a 0,3 dB NF át rög egy megfelelő választás a kollektor árama. Összehasonlításképpen, PT van CABG forrás impedancia 1 kohm nem jobb, mint 2 dB-re a nagyobb feszültség zaj.
Mint a boksz, ahol a legjobbnak lenni a harc nem jelenti azt, hogy még egy esélyt, hogy részt vegyenek a világbajnokság, és itt van néhány fiatal versenyző a legjobb alacsony zajszintű tranzisztor. Például egy komplementer FET Toshiba cég cellás geometriája az exponáló, amely lehetővé teszi, hogy kapjunk hihetetlenül alacsony értéket (ez megegyezik a termikus zaj -omnogo ellenállás!). De ez a FET, hogy az alacsony bemeneti áram (és ezért alacsony), és ezért a zaj ellenállás értéke megközelítőleg 10 ohm. Ha a használt erősítőt egy forrás ellenállása egyenlő a zaj ellenállást (.. azaz amikor k), ezek a tranzisztorok veretlen - zaj hőmérséklete csak 2 K!
Mielőtt vásárol egy zacskó futtatni ezeket a figyelemre méltó Fr, hallani néhány kritika, hogy tegyék kétségbe végtelenbe -ezek FET magas bemeneti kapacitás és a visszacsatoló kapacitás nagyobb (85-kal), így azok részben illeszkedik a magas frekvenciákon. A rokonok ebben a tekintetben jobb, de ez nem a fenti. E bírálatok érvényesek érvek bipoláris komplementer pár Toyo-Röhm cég, hogy még a legjobb működési paraméterek állíthatók elő, ha legalább nem magasabb, mint mérsékelt forrás impedancia és a frekvencia.
Kis forrás impedancia.
Bipoláris-tranzisztoros erősítők a nagyon jó zaj paramétereit a tartományban az impedancia a forrás 200 ohm, hogy a megfelelő optimális kollektor áram tipikusan a néhány mA, a terc. E. A kollektor áramok használják a bemeneti fokozat LNA, valamivel kevesebb, általában mint a nem optimalizált zaj erősítő fokozatok.
Nagyon alacsony forrás impedancia (például 50 ohm) a mérvadó tranzisztor zaj feszültség és a zaj arány a következő lesz kielégítő. Ebben az esetben a legjobb, hogy egy transzformátor szintjének növelésére (forrás és ellenállás) egy jel, figyelembe véve a jelet a szekunder tekercs egy jelforrást. Nagy jelátviteli és James kiadott Princeton Applied Research cégek. Például, az utóbbi által termelt előerősítő modell PT-116 van a feszültség és az áram a zaj, hogy a legkisebb zaj arány figyelhető meg, mikor a jelforrás impedanciája körülbelül. Jeleket a frekvencia forrás impedancia körülbelül 100 ohm rossz egyetértésben ez az erősítő, mert a zaj feszültség az erősítő lesz sokkal nagyobb, mint a termikus zaj forrását; Ennek eredményeként, ha egy ilyen jelet vezetjük közvetlenül az erősítőhöz, a zaj arány egyenlő 11 dB. Ha a beépített (opcionális) feltranszformátor, a jelszint növekszik forrás impedancia, a feszültség meghaladja az erősítő zaj, és a zajszint válik 1,0 dB.
Rádiófrekvenciás kezdve például a jó transzformátor tenni elég könnyen a „testre szabható” (keskeny), valamint a széles sávú jeleket.
Ilyen frekvencián könnyen össze egy „távvezeték transzformátor” széles sávszélesség és nagyon jó paraméterekkel. Néhány módszer, hogy ezt meg kell vitatni fejezetben. 13, Vol. 2. De alacsony frekvencián (audio és alatt) használata transzformátorok problematikus.
Három megfigyelések: (a) a feszültség arányosan növekszik az arány a menetek száma a tekercsek és impedancia - négyzetével arányos ez az arány. Ezért a teljes kimeneti impedancia transzformátort, növeli a feszültséget kétszerese bemeneti impedancia meghaladja a négy alkalommal (köszönhetően energiatároló), (b) transzformátorok tökéletlen. Alacsony jel frekvencia is szállít a baj mágneses telítettség magas - kapacitása és induktivitása a tekercseket, és mindig megfigyelhető csökkenése miatt mágneses tulajdonságai a mag és a tekercselés ellenállását. Az utóbbi is a forrása a termikus zaj. Mindazonáltal, amikor foglalkozik a jelforrás, amelynek nagyon alacsony impedancia, nincs más választása, míg a transzformátor alkalmazása, mint az előző példában ad óriási nyereség. Javítása a művelet egy alacsony szintű jelet ad, és a kis ellenállású annak forrásától, is alkalmazhatók, és ilyen berendezés egzotikus lehűtjük transzformátorok, szupravezető transzformátorok, és SKIP (a szupravezető kvantuminterferenciás készülékek). Skip lehetséges, hogy mérje meg a feszültséget a sorrendben! (C), és figyelmeztet újra próbál javítani működés hozzáadásával soros ellenállás a jelforrás alacsony impedancia. Ön csak találja magát egy másik áldozat a közös tévhit a zaj tényező.
Egy nagy forrás impedancia.
Mert nagy értékei forrás impedancia nagyobb, mint, mondjuk, 100 Ohm túlsúlyban tranzisztor árama a zaj és a legjobb eszköz az alacsony zajszintű amplifikáció TP.
Ábra. 7.52. A függőség a termikus zaj feszültség sűrűség hőállóság. Szintén látható a zaj teljesítménysűrűség rövidzárlat módban.
Bár feszültség zaj általában nagyobb, mint a bipoláris tranzisztor, de a kapu jelenlegi és a zaj elhanyagolhatóan kicsi, így a FET eszközök ideálisak erősítők működő jelforrás magas impedanciát és így az alacsony zajszint. Ebben a tekintetben, néha kezelésére alkalmas, mint a termikus zaj jelenlegi zajszint hozzájárulás, amely lehetővé teszi, hogy összehasonlítsuk a zajforrás és a zaj áramerősítő (ábra. 7,52).