ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА

Шумы в полевых транзисторах включают в себя, как и в других твердотельных приборах, три составляющие: тепловой, дробовой и 1/f-шум (его иногда называют избыточным).

Тепловой шум вызывается колебаниями носителей в проводящей среде в условиях теплового равновесия. Этот шум по своей природе аналогичен хорошо известному шуму сопротивления и может быть представлен генератором тока со среднеквадратичным значением [1]

i2 = (4kTΔf)/R       (7)

включённым параллельно сопротивлению R; k - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура прибора; Δf - полоса пропускания.

В работе [3] сделан вывод, что в полевом транзисторе с управляющим p-n-переходом при отсутствии 1/f-шума тепловой шум на низких частотах является доминирующим.

Дробовой шум является следствием дискретности носителей заряда и хаотичности их образования. Другими словами, причиной возникновения этой компоненты шума являются индивидуальные события, связанные с генерацией и рекомбинацией носителей. Этим явлениям сопутствуют флюктуации тока, пропорциональные его значению, которые могут быть представлены как

i2 = j2qlΔf,       (8)

где q - заряд электрона; j=1 для случая чисто хаотических событий, но может быть и меньше единицы при наличии физических механизмов, включающих эффект сглаживания.

Зависимости коэффициента шума от частоты и сопротивления источника

Рис. 6. Зависимости коэффициента шума от частоты и сопротивления источника
сигнала биполярного транзистора (а, б) и полевого (в, г).

В полевом транзисторе с p-n-переходом дробовой шум определяется флюктуациями тока, текущего через обратносмещённый р-n-переход. Другими возможными источниками дробового шума являются генерация и рекомбинация носителей в канале, а также ток, протекающий в области пространственного заряда «отсечённого» канала.

На низких частотах наиболее важной составляющей шума в полевых транзисторах является 1/f-шум, удельная мощность которого обратно пропорциональна частоте. Обратная пропорциональность здесь носит приближенный характер, и любой шум, имеющий спектр такого характера, обычно называют 1/f-шумом. К этому типу шума относят также мерцания. В реальных приборах указанный компонент шума имеет существенное значение только на низких частотах. Считают, что чаще всего причиной 1/f-шума являются изменения электрических свойств материала, возникающие из-за определённых физико-механических явлений. Особенно часто шум такого характера дают поверхности, поскольку они являются областями материала, чрезвычайно подверженными влиянию электрических полей, вызывающих токи утечки.

Более подробные сведения о причинах возникновения шумов и об их математических выражениях можно найти в литературе [2, 4]. На рис. 6, а, б приведены зависимости коэффициента шума от частоты и сопротивления источника сигнала для биполярного транзистора типа П28, а на рис. 6, в, г - полевого транзистора типа КП103.

Коэффициент шума полевого транзистора при малом сопротивлении источника сигнала достаточно велик и при Rг=1 кОм лежит в пределах 30-50 дБ. Оптимальное же сопротивление источника сигнала 1-10 МОм. Так, для полевого транзистора КП103 при сопротивлении Rг=1 МОм коэффициент шума, измеренный на частоте 1 кГц, равен 1 дБ, а у биполярного малошумящего транзистора П28 при тех же условиях измерения коэффициента шума дБ.

Отсюда следует, что ПТ необходимо использовать в случае высокоомного источника сигнала, поскольку при этом они обеспечивают меньший коэффициент шума, нежели биполярные транзисторы.

Коэффициент шума полевых транзисторов зависит от режима работы транзистора. С увеличением напряжения смещения на затворе (рис. 7) он увеличивается, что обусловлено уменьшением крутизны характеристики полевого транзистора. При увеличении напряжения на стоке коэффициент шума увеличивается, но в меньшей степени, по сравнению с действием напряжения смещения. Оптимальным режимом для полевых транзисторов является режим малых напряжений на затворе и на стоке.

Зависимость коэффициента шума полевого транзистора типа КП103Е от смещения

Рис. 7. Зависимость коэффициента шума полевого транзистора типа КП103Е от смещения.

При использовании полевых транзисторов во входных каскадах малощумящих усилителей оптимальный режим по питанию можно выбрать следующим образом. Взяв, например, транзистор КП103Е, по зависимости фактора шума от смещения (рис. 7) выбираем напряжение Uз.и = 0,2 В. По справочным данным транзистора КП103Е находим напряжение отсечки 0,4-1,5 В. Для того чтобы не было нелинейных искажений, напряжение на стоке должно быть несколько больше напряжения отсечки, например 1,8 В (если входной сигнал незначителен - десятки микровольт). Таким образом, выбран оптимальный режим с минимальным F0.

PREV CONTEXT NEXT MAIN PAGE

Рейтинг@Mail.ru