Лекция: Шуми ЕЛ пов’язані з рухом електронів.

16.1. Загальні відомості про польові транзистори з ізольованим затвором

Польові транзистори з ізольованим затвором виготовляють на силіцієвій пластині, наприклад, п-типу (рис. 16.1)

Рис. 16.1. Польовий транзистор з ізольованим затвором

По краях пластини утворюють дві сильнолеговані p+-області витоку В і стоку С. На їх поверхню напиляють плівки алюмінію і припаюють виводи. Поверхню напівпровідника, між стоком та витоком, покривають шаром SiO2. На цей шар напилюють плівку алюмінію, до якої припаюють вивід. Цей вивід є затвором (З). Він ізолюється від каналу шаром діелектрика – SiO2.

Таким чином в області затвору, утворюється тришарова структура: метал-діелектрик-напівпровідник, тому ці транзистори ще мають назву МДН-транзистори.

МДН-транзистори можуть бути з індукованим (рис.16.2, а) та з вбудованим (рис. 16.2, б) р — або п-каналом

р-канал

п-канал

Рис 16.2. Типи МДН-транзисторів:

а – з індукованим каналом; б – з вбудованим каналом

Найбільшого поширення отримали МДН-транзистори з індукованим каналом р-типу та з вбудованим каналом n-типу.

В зв’язку з тим, що затвор ізольований від підложки діелектричним шаром, струм в колі затвора і потужність споживання від джерела сигналу дуже малі.

До переваг МДН-транзисторів відносяться:

— мала чутливість до дефектів кристалічної структури;

— висока економічність;

— високий вхідний опір (завдяки малому струму в колі затвору);

— високе значення межових частот – до 10 ГГц (завдяки малій вхідній ємності).

До недоліків МДН-транзисторів відносять високу чутливість до радіаційного опромінення та статичних зарядів.

Допустима статична напруга між затвором та витоком дорівнює приблизно 100В. Перевищення цієї напруги призводить до пробою тонкого шару діелектрика під затвором.

Для захисту від пробою статичною електрикою застосовують заземлені браслети для рук, заземлення робочих інструментів, паяльників, вимірювальних приладів.

Застосовують також захисні діоди, проте при цьому зменшується вхідний опір (затвор – витік з 10-12 МОм до 1 МОм).

16.2. Принцип роботи та статичні характеристики польового транзистора з індукованим каналом

16.2.1. Принцип роботи

При відсутній напрузі UЗВ опір між стоком і витоком, що визначається двома підключеними назустріч р-n переходами, великий, а струм стоку ІС майже відсутній (10-9...10-10А), каналу нема (рис. 16.3.).

З подачею напруги UЗВ<0 в напівпровіднику виникає електричне поле, під дією якого електрони поверхневого шару підложки рухаються під затвором в глибину підложки, а дірки притягуються з p+-областей стоку і витоку до поверхні затвору. Концентрація дірок в підзатворній області зростає, але до певного значення концентрації вони зв’язані і не можуть забезпечити електропровідність каналу. Лише при збільшенні напруги UЗВ до значення, яке називається пороговим UЗВ ПОР, в підзатворному шарі концентрація електронів знижується настільки, що він починає збагачуватися дірками, і тому виникає провідність підзатворного шару, тобто з’являється (індукується) канал, а з ним струм ІС. Зі збільшенням напруги UЗВ < 0 концентрація дірок в каналі і його провідність зростатиме.

Рис. 16.3. Структури ПТ з індукованим каналом:

а-при UЗВ=0; б- при UЗВ<0

Висновок: Для утворення каналу в транзисторі з індукованим каналом до затвора необхідно прикласти зворотню (відносно витоку) напругу, більшу за порогову.

16.2.2. Передавальна ВАХ

В відповідності до розглянутого вище можна зобразити передавальну характеристику транзистора з індукованим р-каналом зі спільним витоком

ІС=f(UЗВ) при UСВ=const (рис. 16.4)

Рис. 16.4. Передавальна ВАХ ПТ

Передавальна ВАХ починається з напруги на затворі, яка називається пороговою UЗВ ПОР та зростатиме за квадратичним законом.

ІС=а(UЗВ-UЗВ ПОР)2 ,

де а= ,

– діелектрична проникність напівпровідника

μ – поверхнева рухливість заряду;

h –ширина каналу;

∆ – товщина підзатворного діалектрика;

l –довжина каналу.

Для збільшення ІС відношення довжини каналу до його ширини має бути малим.

Напруга UСВ мало впливає на струм ІС. Порогова напруга сучасних транзисторів лежить в межах від 2,7 до 10В.

16.2.3. Вихідна ВАХ

Вихідною ВАХ є залежність

ІС=f(UСВ) при UЗВ = const

На її хід впливають процеси в під затворній області (рис. 16. 5)

При UЗВ >UЗВ ПОР виникає канал, але якщо UСВ=0, то струм ІС=0 і тому товщина індукованого каналу вздовж затвору буде однаковою (рис. 16.5, а).

З появою UСВ<0 в каналі з'являється струм стоку ІС (рис. 16.5, б). Спочатку зі зростанням UСВ він буде збільшуватися за лінійним законом, потім ввійде в насичення. Наявність струму ІС призводить до падіння напруги на опорі каналу (вздовж нього), на рівень якої зменшується поле в каналі і

ІСUСВ

З подальшим збільшенням напруги UСВ до UСВ НАС канал поблизу стоку стає вузьким (рис. 16.5, в), що різко збільшує його опір. Струм ІС досягає значенняІС НАС, яке майже не збільшується при подальшому зростанні напруги UСВ (рис. 16.5.г).

На рис. 16.6 зображено сімейство вихідних статичних характеристик. Характеристика при більшому UЗВ проходить вище інших, оскільки в цьому випадку канал більше насичується дірками. Струм ІС буде більшим і перехід в режим насичення відбудеться при більших напругах UСВ

UСВ НАС=UЗВ–UЗВ ПОР

UСВ=UСВ НАС=UЗВ-UЗВ ПОР

Рис. 16.5. Структури підзатворної області ПТ з індукованим каналом при зміні напруги UСВ:

а — UСВ=0; б-UСВ<0; в — UСВ=UСВ НАС ; г-UСВ>UСВ НАС

Рис. 16.6. Вихідні ВАХ ПТ з індукованим каналом

Вихідні характеристики мають круту і пологу області та область пробою.

Круту область можна апроксимувати за формулою

ІС=b[(UЗВ-UЗВ ПОР)UСВ — ] ,

де b = ,

μ - рухливість носіїв заряду в каналі;

h –ширина каналу;

С — ємність З-К;

l –довжина каналу.

Для збільшення ІС необхідно збільшувати b за рахунок відношення (необхідний короткий і широкий канал), а також зменшити UЗВ ПОР (заміна металевого затвора силіцієвим зменшує UЗВ ПОР до 1,5 В).

Полога частина характеристики визначається формулою

ІС=(UЗВ-UЗВ ПОР) ,

тобто при насиченні струм ІС майже не залежить від напруги UСВ .

В крутій області транзистор працює як єлектрично керований резистор, а в пологій – як підсилювач.

При перевищенні електричних режимів в транзисторі виникає пробій р-n-перехода під стоком або пробій діалектрика під затвором.

Пробій р-n переходу під стоком виникає при великих напругах UСВ. На напругу UСВ ПРОБ впливає UЗВ: при збільшенні напруги UЗВ зростає UСВ ПРОБ.

Пробій діелектрика виникає тому, що затвор МДН-транзистора і підложка, розділені шаром діалектрика, утворюють конденсатор. Великий опір витоку (близько 1012 Ом) цього конденсатора створює умови для нагромадження на ньому статичних зарядів з потенціалом, здатним спричинити необоротній пробій діалектричного шару. Тому затвор транзистора не можна залишати вільним, не приєднаним до спільної шини. Крім того, вхід транзистора захищають діодно-резистивним контуром. В залежності від значення і полярності напруги на вході діоди або проводять струм в прямому напрямі, або опиняються в режимі лавинного пробою, котрий настає при зворотній напрузі близько 30-35 В. Лавинний пробій діодів має оборотний характер.

16.3. Будова, принцип роботи та ВАХ польового транзистора з вбудованим каналом

Канал у транзисторі може бути вбудованим при його виготовленні, шляхом створення між витоком і стоком тонкого шару напівпровідника з провідністю протилежною до провідності підложки. Такі транзистори називаються транзисторами з вбудованим каналом. Розглянемо принцип роботи ПТ з n-каналом. У такого транзистора, за присутності напруги UСВ, струм ІС≠0 навіть за відсутністю напруги UЗВ.

При напрузі UЗВ<0 під дією електричного поля концентрація електронів в каналі знижується (канал збіднюється), тому зменшується його провідність і струм ІС.

Рис. 16.7. Структура транзистора з вбудованим n-каналом

При напрузі UЗВ>0 електричне поле переміщує електрони з глибини напівпровідника в канал, збільшуючи його провідність. При цьому збільшується струм ІС (канал збагачується) .

Таким чином, управління струмом ІС транзистора з вбудованим каналом можливе як позитивною так і негативною напругою затвора.

При деякій напрузі UЗВ ВІД < 0 шар з протилежним по відношенню до підложки типом провідності зникає, виникає відсічка каналу, за якою струм ІС зменшується до 0.

Передавальна характеристика такого транзистора зображена на рис. 16.8.

Для транзистора n-типу напруга UЗВ ВІД < 0, а для p-типу UЗВ ВІД > 0.

Вихідні характеристики ПТ зображено на рис. 16.9.

З вихідних ВАХ виходить, що для n-каналу при відсутності напруги UЗВ буде існувати струм стоку ІС. При позитивній напрузі UСВ він буде більшим, а при негативній напрузі UЗВ меншим .

-UЗВ ВІД

Рис. 16.8. ВАХ ПТ з вбудованим n-каналом:

а – передавальні ВАХ; б – вихідні ВАХ

16.4. Вплив температури на ВАХ МДН-транзистора з індукованим каналом

З ростом температури рухливість носіїв заряду в каналі падає, що призводить до збільшення опору каналу, тобто до зменшення струму ІС.

З іншого боку, при збільшенні температури збільшується концентрація неосновних носіїв в каналі. Це призводить до зменшення порогової напруги на затворі. Цей фактор переважає в початковій області передавальних характеристик, де значення UЗВ-UЗВ ПОР мале.

В області, де значення UЗВ-UЗВ ПОР велике з ростом температури переважає вплив зменшення рухливості носіїв заряду, тому зростання струму стоку зменшується.

Існує така напруга на затворі, при якій обидва фактори взаємокомпенсуються і температурний коефіцієнт буде дорівнювати 0. Точка Т на статичних характеристиках називають точкою температурної стабілізації. В ній при температурах Т1і Т2 струм ІС не залежить від температури. Ця властивість польового транзистора може використовуватися для температурної стабілізації режиму.

UЗВ Т

Рис. 16.6. Термостабільна точка на передаточній ВАХ ПТ

Температурна залежність напруги UЗВ ПОР визначається формулою

На жаль, практично термостабільні властивості ПТ не завжди можливо використати, оскільки термостабільна точка Т знаходиться на нелінійній ділянці передаточної характеристики.

UЗВ Т=UЗВ ПОР+(0,8...2,4)В

Контрольні запитання

1. Класифікація ПТ з ізольованим затвором.

2. Принцип роботи ПТ з індукованим каналом.

3. Вольт-амперні характеристики ПТ з індукованим каналом та їх апроксимація.

4. Чому канал при збільшенні напруги UСВ не перекривається?

5. Принцип роботи ПТ з вбудованим каналом. ВАХ та їх апроксимація.

6. Вплив температури на ВАХ МДН-транзистора з індукованим каналом.

t5t6t7t8 t

0 t1t2t3t4

а б

0 UX

Рис. 21.4. Демонстрація принципу отримання зображення синусоїди на екрані ЕТП:

а-зображення на екрані; б-досліджувана напруга; в-напруга горизонтальної розгортки

21.5. Спеціальні ЕПТ

Для реєстрації швидких процесів необхідно підвищити швидкість руху електронів у промені. Цього досягають збільшенням напруги на електроді прискорення. Але при цьому зменшується чутливість трубки. Тому швидкодіючі ЕПТ побудовані так, щоб більшу швидкість електрони отримували би після проходження системи відхилення. Такі трубки звуться трубками з післяприскоренням. Вони мають розрив в шарі аквадагу, і нанесене окреме кільце графіту подають напругу (UA3) більшу за напругу на 2-му аноді (UA2), тобто UA3>UA2 (рис. 21.5.). Звичайно може бути декілька таких кілець. У такий спосіб максимальну частоту можна збільшити до 400 Мгц.

UA2

UA3

Рис. 21.5. Конструкція швидкодіючої ЕПТ

Іншим методом підвищення швидкості є застосування декількох пластин відхилення променю, на які напругу відхилення подають з фазовим зсувом, пропорційним часу прольоту електронів від одної пари пластин до другої. Такі ЕПТ працюють в діапазоні надвисоких частот.

Застосування знаходять і багатопроменеві трубки, які можуть мати до 5-и променів, а також трубки з запам’ятовуванням.

21.6. Індикаторні ЕПТ

Мають кругову розгортку і радіальне відхилення (рис. 21.6).

Рис. 21.6. Екран індикаторної ЕПТ

В індикаторних ЕПТ напруга сигнала (імпульсу) управляє не відхиленням променю, а його появою. Модулятор знаходиться під напругою запирання і відкривається при наявності сигналу, який подається на нього). З’являється відмітка (пляма) на екрані. Координати плями застосовують для фіксації місця знаходження цілі. Пляма має бути малою, але яскравою.

Для відхилення променів індикаторних ЕПТ застосовують магнітне поле ортогонально розміщених катушок індуктивності (рис. 21.7) з індукцією

B=kIω,

де k=const;

I – струм;

ω – кількість витків.

Добуток I ω є магнітною силою (ампер-витками)

Рис. 21.7. Котушки розгортки індикаторних ЕПТ

Чутливість таких ЕПТ буде більшою завдяки більшому відхиленню променю при однакових ампер-витках I ω та напруги на другому аноді UA2 .

Фокусування індикаторних ЕПТ здійснюють також котушками індуктивності. Застосування котушок для відхилення та фокусування променю зменшує частотний діапазон, але такі ЕПТ мають меншу довжину.

20.7. Кінескопи та дисплеї

Кінескоп – це ЕПТ, яка перетворює електричні телевізійні сигнали в світлове зображення.

Телевізійне зображення складається з рядків розгортки, на кожний з яких подають імпульс, миттєве значення амплітуди якого змінюється в часі, що змінює яскравість зображення вздовж рядка. Такий імпульс подається на модулятор, який змінює яскравість плями в відповідному рядку телевізійного зображення.

Сукупність рядків формує зображення. Розгортка рядків здійснюється пилкоподібними імпульсами розгортки системи відхилення. Застосовують рядкову розгортку (625 рядків) і кадрову розгортку (50 Гц).

Фокусування променю в кінескопах є електростатичним, а система відхилення є магнітною з кутом відхилення 1100. Сучасні кінескопи не потребують фокусування.

Для того, щоб іони не бомбардували екран і не псували його застосовують іонні уловлювачі (магніт на горловині кінескопу), які відхиляють іони, від екрану вбік.

Кінескопи виготовляють розміром 16, 23, 50, 61, 65 см.

Кольорові кінескопи побудовані з врахованням того, що око людини може реагувати на один з трьох кольорів: синій, зелений, червоний. Інші кольори сприймаються як результат суміші трьох основних кольорів. Такий кінескоп має три прожектори з електростатичним фокусуванням (1), промені яких після системи відхилення (2) проходять через маску (3) і попадають на ділянку екрану „зерно” (4), що складається з трьох точок люмінофору: зеленого, синього та червоного кольорів (рис. 21.7). Колір світіння буде визначатися в залежності на яку точку попадає промінь і який потенціал він має.

Рис. 21.7. Конструкція кольорового кінескопу

Відхилення променю здійснюють спільною магнітною системою відхилення (2), крім того є додаткові індивідуальні системи відхилення, які забезпечують динамічне зведеня променів в одну точку по всій площині екрана.

Дисплей (від англ. display — показувати) є елекронно-променевою трубкою з електронним блоком управління. Блок управління перетворює цифрові коди від системного блоку персонального комп’ютера (ПК) в зображення символів та лінії на екрані.

У дисплеї (як і у кінескопі) електронний промінь переміщується по екрану зліва на право. Яскравість свічення екрана визначається енергією електронного променю.

Під час зворотного руху (справа наліво) яскравість електронного променя зменшується і він не висвітлюється на екрані. Далі промінь знову рухається зліва направо в наступному рядку, тощо. Повна розгортка растру здійснюється 50 разів в секунду. Кожний рядок розгортки утворюється сотнями дискретних точок, які називають елементами зображення або пікселами (піксел – від picture element) (рис. 21.8, а ).

Але такий спосіб розгортки потребує великих витрат машинних ресурсів. Більш сучасним способом розгортки є довільна або векторна розгортка променю по екрану (рис. 21.8, б). Вона забезпечує векторне представлення зображення в виді ліній. Сучасні дисплеї дозволяють висвітлювати як

Рис. 21.8. Способи побудови зображення на екрані:

а – растровий; б — векторний

алфавітно-цифрову (25 рядків по 80 знаків у кожному), так і графічну інформацію з високою роздільною здатністю (640 х 200 елементів зображення).

Дисплеї забезпечують :

— можливість редагування тексту на екрані (вставляння або вилучення будь-якого рядка, символів рядку);

— виділення окремих символів або ділянки тексту шляхом зміни інтенсивності їх свічення, миготіння цих символів;

— виділення на екрані різних областей (вікон), розміщувати в них різні тексти (креслення), утворення нового тексту із декількох старих;

— зберігати в пам’яті ті чи інші області екрану з подальшим їх відтворенням;

— вводити зображення графічних об’єктів (ліній, прямокутників. еліпсів, та інших фігур), суміщення фрагментів иексту та графіків, тощо.

Рідиннокристалічні монітори

Рідиннокристалічний монітор формує зображення в шарі рідинних кристалів. Ці кристали знаходяться в рідинному стані, але мають властивості кристалічних речовин. Під впливом електричного поля молекули рідинних кристалів, що мають видовжену форму, змінюють свою орієнтацію, а тому змінюється і проходження променю через них.

Конструктивно плазмовий монітор складається із двох плоских скляних пластин, між якими розміщено тонкий шар рідинних кристалів з двома системами взаємоперпендикулярних електродів, на перетині яких утворюють комірки (пікселі), що формують зображення (рис. 21.9).

Рис. 21.9. Конструкція радиннокристалічного монітору:

1 – скло; 2 – діелектрик, 3 – горизонтальні та вертикальні шини;

4 – рідиннокристалічний шар; 5 – джерело світла

У кольорових моніторах застосовують властивість рідинних кристалів змінювати кут повороту площини поляризації випромінювання в залежності від довжини хвилі світла. Світло при різній довжині хвилі в рідиннокристалічному шарі може відбиватися або поглинатися, що створює відповідний колір свічення на різних ділянках екрану монітора.

Для збільшення швидкості появи зображення та його яскравості в кожному елементі матриці розміщують плівкові транзистори.

Плазмові монітори

Робота плазмових моніторів заснована на електричному розряді у плазмі.

Конструкція плазмових моніторів схожа на конструкцію рідиннокристалічних. Вони мають також матрицю електродів, але між скляними пластинами розміщено не рідинні кристали, а інертний газ. Під дією напруги, яку прикладають до електродів, на їх перетині виникає електричний розряд, який випромінює світло у ультрафіолетовому діапазоні і спричиняє світіння люмінофору в місцях перетину шин-електродів, що формує піксел. Кожен піксел має три комірки з червоним, зеленим та синім люмінофорами. Кольор кожного елемента (пікселя) визначається інтенсивністю розряду. Плазмові монітори мають великі розміри екрана – 70¢¢ та більше і велику яскравість В = 700 кд/м2 .

Контрольні запитання.

1. Призначення електронно променевих трубок.

2. Будова ЕПТ та призначення її елементів.

3. Основні параметри ЕПТ.

4. Системи відхилення променю в ЕПТ та фокусування.

5. Індикаторні ЕПТ.

6. Побудова та принцип роботи кольорових кінескопів.

Рис. 22.2. Схема знаходження коефіцієнта шуму

До схеми входить генератор, потужність шуму якого Ршг відома і елемент з відомим коефіцієнтом підсилення Кр, коефіцієнт шуму якого треба знайти.

Коефіцієнт шуму визначають за формулою

Кш = ,

де Рш вих – потужність шуму на виході елемента;

добуток Кр•Ршг є вихідним шумом за умови відсутності шуму елемента (Кш = 1), тоді Рш вих = Кр•Рш г .

Якщо привести шум до входу елемента, Рш. вх =, то

Кш = = .

Шумовий опір тапровідність визначають шумовими напругами та струмами.

22.3. Шуми біполярного транзистора

Основними шумами БТ є:

— дробові шуми p-n переходу КЕ;

— шуми струморозподілу;

— шуми миготіння.

— теплові шуми бази;

Параметрами БТ на високих частотах є: шумовий опір Rш та шумова провідністьGш, які визначають коефіцієнт шумуKш. Вони потрібні для розрахунку такого опору вхідного контуру, який забезпечує мінімальний коефіцієнт шуму.

Шумовий опір БТ Rш =, визначають:

— сумою теплових шумових напруг на опорі rБ базиU2Ш rб=4кТrб та опорі rЕ емітерного переходу Uш2E = 2кТrЕ, де = + ,

— тепловим шумовим струмом Іш2 = 4кТ, який проходить через опори rб та rЕ

Rш = = = rб + rЕ, (22.1)

тобто, шумовий опір визначається розподільним опором бази rб та опором p-n переходу rЕ .

Шумовий опір Rш, якщо його підключити в контур бази ідеального (без шуму) транзистора, утворює на його виході такий же шум, який утворюється сумою шумових напруг + при струмі Іш2.

Шумова провідність БТ Gш визначається:

— сумою шумового струму струморозподілу Іш2ср та дробового шуму колекторного переходуІШ2КБ0;

— шумовою напругою

Тоді Gш = (22.2)

Шумова провідністьGш, якщо її підключити в контур бази ідеального (без шуму) БТ, утворює на виході такий же шум, який утворюється сумою струмів

ІШ2Б=ІШ2СР +ІШ2КБ0 (струмом бази) при напрузі .

Таким чином, еквівалентна схема БТ з урахуванням його шумових властивостей складається з двох джерел шуму: шумового опору Rш та шумової провідності Gш (рис. 22.3)

Рис. 22.3. Еквівалентна шумова схема БТ

Через параметри Rш і Gш можна знайти коефіцієнт шуму БТ на ВЧ

Кш вч = = = ,

де = 4кТRГf — потужність шумів вхідного генератора шуму;

= 4кТRшf — потужність шумів на резисторі Rш;

= 4кТGшf — потужність шумів на опорі Gш.

Кш вч = 1+ +. (22.3)

Коефіцієнт шуму БТ на низькій частоті КШ нч визначається тільки шумами миготіння РШМ.

Тоді

КШ нч = = ,

де = Рш г + Ршм – потужність шуму, приведеного до входу.

Тоді Кш = = 1+, (22.4)

де Ршм – потужність шумів миготіння, яка визначається квадратом шумової напруги на вході (опір RГ та rб ), утвореної шумовим струмом миготіння ІШМ

Рш м = ( Rг+ rб1)2Іш2мІш2м = А ; А=const

Тоді із 22.3 виходить

Кш н.ч = 1+ = 1+ = 1+ А f = 1+ (22.4)

якщо РГ > rБ, то КШ НЧ ,

Отже, коефіцієнт шуму БТ залежить від внутрішнього опору Rгвхідного генератора та частоти f. При великому внутрішньому опорі генератора відносно вхідного опору підсилювача коефіцієнт шуму зростає. Тому БТ, що мають низький вхідний опір, недоречно застосовувати у вхідних контурах низькочастотних чутливих вимірювальних пристроїв, приймачів, підсилювачів звукозапису та відтворення.

Експериментальна залежність Кш від частоти зображена на рис. 22.4.

Рис. 22.4. Частотна залежність коефіцієнта шуму БТ

Ділянка 1 визначається шумами миготіння (f1 = 0,1 – 1 кГц), ділянка 2 – тепловими, дробовими шумами, ділянка 3 визначається зменшенням коефіцієнта передавання струму з частотою і тому збільшенням коефіцієнту шуму Кш.

Частоту fШ, на якій коефіцієнт Кш подвоюється відносно його мінімального рівня, називають межовою частотою (робочою) малошумового транзистора.

З формул 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 виходить, що малий коефіцієнт шуму мають БТ з малим опором бази rб1, і великим коефіцієнтом підсилення струму, малим струмом емітера ІЕ та малим тепловим струмом ІКБо. Від напруги на колекторі Uк коефіцієнт шуму не залежить.

fш ,

де — межова частота передавання БТ .

Значення коефіцієнта Кш приводиться в документації. Для БТ Кш = 10...100. Найменший коефіцієнт шуму мають транзистори КТ501 В, Е (Кш 2дБ), КТ368 А, Б ( Кш = 3,3дБ).

БТ є гіршими за шумовими параметрами ніж лампи та польові транзистори.

22.4. Шуми польових транзисторів

Основними шумами ПТ є:

— дробові (Іс) пов’язані з наявністю струму стоку;

— теплові – рух носіїв в областях каналу, стоку, витоку (ІТ);

— миготіння (Ім) обумовлені рухом домішкових атомів поверхневого шару НП;

— наведення (Ін) – струм канал – затвор через Сзк.

Рис. 22.5. Шумові струми ПТ

Перші дві складові рівномірно розподілені за частотою (рис. 21.6)

Рис. 22.6 Частотна залежність шумових струмів в ПТ

Шуми миготіння більші на НЧ і пропорційні .

Шум наведення зростає із збільшенням частоти f завдяки зменшенню опору ємності Сзк.

Менший рівень шуму мають транзистори з р-n переходом, оскільки їх канал розміщений вглибині НП і тому у нього менше шуми миготіння. У них коефіцієнт шуму 2 – 4 дБ, а у МДН – 4-6 дБ.

У ПТ відсутні шуми пов’язані з рекомбінацією зарядів, тому вони мають коефіцієнт шуму менший ніж БТ.

22.5. Шуми електронних ламп

Шуми ЕЛ пов’язані з рухом електронів.

Шуми струму емісії (або дробовий ефект) – визначаються тепловим рухом електронів в лампі від катоду до аноду.

Шуми струморозподілу виникають завдяки безладній зміні траєкторії електронів від катоду до сіток і аноду.

Шуми миготіння виникають завдяки зміні роботи виходу електронів з катоду під дією фізико-хімічних процесів на його поверхні. Шуми миготіння суттєві на низькій частоті (НЧ) і знижуються із зростанням частоти за законом

Крім того, на НЧ суттєве значення мають “шуми гудіння” ІШГ, які обумовлені недосконалістю ізоляції підігрівача відносно катода лампи та нестабільністю емісійної здатності окремих ділянок поверхні катоду. Вони мають частоту 50 Гц і її гармоніки. Для їх усунення застосовують живлення нагрівача катоду постійним струмом.

Шумові властивості лампи характеризують шумовими параметрами:

— шумовим струмом;

— шумовою напругою;

— коефіцієнтом шуму.

Шумовий струм. Це флюктуації анодного струму. Характеризуються, як випадковий процес квадратом діючого значення Іаш2.

Для діода в режимі насичення справедливе співвідношення

Іаш2 = 2еІсрf ,

де Іср – середнє значення струму емісії;

f — полоса частот, в якій вимірюється струм Іаш2 ;

е – заряд електрона.

Шумовий струм лампи з сітками визначають шумовими струмами аноду та сіток.

Флюктуації струмів лампи на виході підсилювача є рівномірним шумом, який називають власним шумом лампи. Власний шум лампи визначає мінімальний пороговий сигнал, який ще можна прийняти приймач. Підвищення порогової чутливості приймальних пристроїв являється одною з проблем сучасної техніки. Особливо в широкосмугових підсилювачах, оскільки рівень шумів зростає пропорційно ширині смуги пропускання підсилювача.

Частотну залежність шумових струмів зображено на рис 22.7. Шуми гудіння виникають на частоті 50 Гц.

Рис 22.7 Частотна залежність шумових струмів

Шумова напруга. Для практичних цілей, як відомо, зручно перераховувати шуми в контур сітки, оскільки при цьому їх можна безпосередньо порівнювати з напругою сигналу, який подається на сітку управління. Тоді шумова напруга в сітковому контурі буде

U2ш с = ,

де І2ш а – шумовий струм в анодному контурі,

S – крутість ВАХ.

Чим більша S тим менша шумова напруга U2ш с і вища порогова чутливість лампи.

Контрольні запитання

1. Фізична природа електричних шумів електронних пристроїв.

2. Класифікація шумів за природою їх виникнення.

3. Параметри шуму.

4. Схема знаходження коефіцієнта шуму.

5. Шуми біполярного транзистора.

6. Еквівалентна шумова схема БТ.

7. Графік залежності струму від частоти. Межова частота мало шумового БТ.