|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Гмва 2 1в(Т) 1в(251  В случае близких значений напряжений на обоих транзисторах каскада разностный входной ток будет обусловлен главным образом рассогласованием величин 7gss, т. е. вчка по корпусу 7", X (2.36) Реальная температурная зависимость токов смещения дифференциального каскада на полевых транзисторах значительно слабее, чем та, которая получается при теоретическом рас-- • смотрении токовых характери- стик, определяющих величину Is. Согласно уравнению (2.4), температурный коэффициент тока Is равен Фиг. 2.12. Типовая температурная зависимость входного тока дифференциального каскада на полевых транзисторах, полученная опытным путем на микросхеме 3307/12С фирмы Burr - Brown. 1 d/c Откуда вытекает, что величина обратного тока должна удваиваться при изменении температуры на каждые 10° С для германия или на 6° С для кремния. На -самом деле входные токи дифференциальных каскадов удваиваются при изменении температуры на 10° С, а не на 6° С. Это связано с тем, что процесс термогенерации носителей в зоне пространстве1ного заряда значительно слабее зависит от температуры, чем в случае электрически нейтральных областей. Таким образом, Ib{T)Is{T,)2. . . (2.37) К току термогенерации добавляется ток поверхностной утечки. В результате уменьшение входного тока на низких температурах не так существенно, как можно было бы ожидать. При комнатной температуре примерно треть величины входного тока обусловлена поверхностными утечками и температурная зависимость соответствует графику фиг. 2.12. Заметим, что увеличение тока утечки затвора в 1000 раз на температуре 125° С по сравнению с комнатной вызывает увеличение входного тока в 800 раз. 2.4. Эквивалентные шумовые напряжение и токи Напряжение смещения, входные токи и их дрейф представляют собой погрешности по постоянному току. Эквивалентные - шумовые напряжение и токи - это входные погрешности дифференциального каскада по переменному току. Шум дифференциального каскада накладывает ограничение на чувствительность схемы, потому что сигнал должен обладать достаточной величиной, чтобы его можно было выделить на фоне шумов. V Тщательный выбор элементов и токов смещения позволяет существенно улучшить шумовые, параметры. Шумовые токи входных цепей протекают через сопротивления источника сигнала, поэтому последние также влияют на шумовые характеристики. В идеальном случае сигнал, поступающий на вход усилительного прибора, не искажен шумом и предельная чувствительность усилителя ограничивается им самим. Шум дифферен- . циального каскада, как и любого другого усилителя, возникает под действием трех физических явлений и имеет соответственно три составляющие: дробовой шум, тепловой шум и шум флик-кер-эффекта. Дробовой шум связан с дискретной природой частиц, являющихся носителями тока в полупроводнике. При протекании тока со средней величиной Inc неизбежна некоторая неравномерность в количестве зарядов, проходящих за единицу времени. Это приводит к появлению шумового тока i„, который имеет характер случайного процесса [8]. Спектральная плотность Silf), характеризующая этот ток, определяет его среднеквадратичное значение в соответствии с формулой f+if /-J Sdf)df. . • Спектральная плотность дробового шума постоянна в диапазоне частот от нуля до частот, период которых соизмерим с вре-Menejij прохождения носителей, что соответствует инфракрасной области. Величина для полупроводников равна St{f) = 2qlnc, где 9 -заряд электрона, 1,6-10" Кл. ;.Подстановка этой постоянной спектральной плотности в предыдущее выражение дает среднеквадратичное значение дробового шумового тока в полупроводнике в виде il = 2qlDcM, • (2.38) где полоса пропускания. • Помимо дробового шума в полупроводниках возникает дополнительный шум на низких частотах. Физическая природа данного явления, которое принято именовать фликкер-эффектом,. окончательно не изучена, однако известно, что спектральная плотность этой составляющей шума обратно пропорциональна частоте. Гтва 2 Шумящий резистор Идеальный резистор  а » Фиг. 2.13. Схемы замещения шумовых параметров резистора (а) и биполярного транзистора (б). Тепловой шум вызван хаотическим перемещением зарядов в любом активном сопротивлении и не зависит от величины тока. В случае однородно нагретого активного сопротивления для спектральной плотности этого шумового напряжения справедливо выражение где К - постоянная Больцмана, 1,38-Ю-з Дж/К, Г -температура в градусах Кельвина, К = °С + 273. Как и прежде среднеквадратичное значение шумового напряжения на резисторе может быть найдено интегрированием спектральной плотности в пределах полосы пропускания. Получаем el = АКТ Я Af, (2.39) где R - активное сопротивление. Как показано на фиг. 2 13, а, источник шума может быть представлен в виде эквивалентного генератора напряжения, последовательно с которым включено идеальное сопротивление, или в виде эквивалентного генератора шумового тока, параллельно которому подключено сопротивление такого же типа. Для шумовой эквивалентной схемы Нортона среднеквадратичное значение теплового шумового тока резистора равно и - Г19 - 4KTAf (2.40) При рассмотрении шумовых свойств усилителя в целом следует учитывать ряд источников шума, как внутренних, так и внешних по отношению к усилителю. Важным следствием теории шумов является следующее утверждение: результирующее 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 |