Шумы многокаскадного усилителя

 

Если к входной цепи работающего усилителя не подводить сигнала, то вольтметр достаточной чувствительности, подключенный на его выход параллельно нагрузке, всегда покажет присутствие на нагрузке постороннего напряжения, называемого напряжением собственных шумов усилителя.

 

Напряжение собственных, или внутренних, шумов не позволяет усиливать сигналы малой амплитуды, заглушая последние.

 

Удобным критерием оценки шумов, вносимых транзистором, является коэффициент шума транзистора N, показывающий, во сколько раз ухудшается отношение мощности сигнала к мощности шума в выходной цепи транзистора по сравнению с тем же отношением у ненагруженного источника сигнала:

 

с2. ист

U

ш2

U

. ист

N

с2. вых

,

(10.1)

U

ш2

U

. вых

где U _с²_{. ист} и U _ш²_{. ист} – квадраты действующих значений напряжений

сигнала и шума на зажимах ненагруженного источника сигнала, U _с²_{. вых} и

U _ш²_.вых–квадраты действующих значений напряжений сигнала и шума в

выходной цепи транзистора.

 

Так как транзистор вносит собственные шумы, то отношение ^{U с. вых}

U _ш²_.вых

меньше, чем ^{U с. ист}. Следовательно, коэффициент шума транзистора N всегда

U _ш²_.ист

больше единицы.

 

Коэффициент шума обычно выражают в децибелах:

 

N дБ10 lgN.

(10.2)

 

У современных малошумящих биполярных транзисторов, работающих в правильно выбранном режиме коэффициент шума не превышает 1, 5–2 дБ. У

 

хороших полевых транзисторов данный коэффициент еще ниже.

 

Коэффициент шума N _Общ многокаскадного усилителя (рис.10.1)

 

определяется выражением:

 

N	Общ	N	N 21			N 31	...	Nn 1	,
		n 1
		K P 1		K P 1 KP 2		(10.3)
					KPi

i 1

 

где N_i – коэффициент шума, а K_Pi – коэффициент усиления по мощности i -го каскада соответственно (i =1… n).

1-ый каскад		2-ой каскад				m-ый каскад
(Kp1, F1)		(Kp2, F2)				(Kpm, Fm)

Рис.10.1. Структурная схема многокаскадного усилителя

 

Из анализа выражения для коэффициента шума следует, что, несмотря на то, что шумят все каскады многокаскадного усилителя, на уровень собственных шумов усилителя в основном влияют шумы первых двух каскадов, так как шумы остальных усилительных элементов усиливаются с меньшим коэффициентом усиления. Для минимизации коэффициента шума многокаскадного усилителя N _Общ необходимо обеспечить в первом каскаде многокаскадного усилителя возможно меньший коэффициент шума N ₁ и

 

возможно больший коэффициент усиления по мощности K_{P 1}.

 

 

Существует три основных способа минимизации шумов усилительного каскада, среди которых можно выделить следующие:

 

1) оптимальный выбор транзистора;

 

2) оптимальный выбор рабочей точки;

 

3) оптимальное согласование по шумам.