Внутренние шумы полупроводниковых приборов

Все темы данного раздела:

УСТРОЙСТВ
Курс лекций   Чебоксары 2010 Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального

Программа дисциплины
1.2.1. Содержание дисциплины Введение. Определение аналоговых электронных устройств. Принципы их построения, особенности функционирования и области применения. Усилительные устройства и их

Балльно-рейтинговая система оценки знаний.
При приобретении знаний основопологающим компонентом являются самостоятельные занятия студентов. Известный педагог Сухомлинский В.А. отмечал, что при преобретении знаний дает положительные результа

Основные определения
В курсе "Схемотехника аналоговых электронных устройств" рассматриваются основы аналоговой схемотехники, т.е. принципы пос­троения аналоговых электронных устройств. АЭУ предназначе­ны для

Входные и выходные показатели.
Со стороны входа усилитель характеризуется входным сопротив­лением Zвх, который имеет в общем случае комплексный характер. Обычно Zвх представляет собой параллел

Коэффициент усиления.
Известно, что любой четырехполюсник характеризуется ком­плексным коэффициентом передачи , (2.3)

Амплитудно-частотная характеристика.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя есть зависи­мость модуля коэффициента усиления от частоты , которая

Фазовая характеристика.
Фазовой характеристикой называют зависимость угла сдвига фа­зы между выходным и входным напряжениями от частоты. П

Амплитудная характеристика.
Амплитудная характеристика усилителя представляет собой за­висимость установившегося значения выходного напряжения от вход­ного. График амплитудной характеристики строится в линейном мас­штабе, рис

Нелинейные искажения.
Нелинейные искажения возникают вследствие нелинейности характеристик усилительного элемента. За счет появления кратных гармоник происходит изменение формы выходного сигнала. Нелиней­ные искажения о

Переходная характеристика.
Переходной характеристикой называют зависимость мгновенного значения выходного напряжения усилителя от времени при подаче на вход единичного импульса. Переходная характеристи­ка является основной х

Принципы построения усилительных устройств.
Усилительные устройства состоят из отдельных каскадов, представляющих элементарные ячейки (рис.2.2.). Каждый отдельный каскад электронного усилителя может быть построен с использованием электронных

Построение усилительного каскада на электронной лампе.
Принципиальная схема двухкаскадного усилителя на электронных лампах приведена на рис.3.1.  

Построение усилительных каскадов на полевых транзисторах.
В полевых транзисторах перенос тока осуществляется основными носителями, а управле­ние током происходит за счет воздействия поперечного электричес­кого поля, создаваемого усиливаемым напряжением, п

Работа электронной лампы и полевого транзистора в схеме АЭУ.
Рассмотрим принцип работы усилителей, приведенных на рис.3.1., 3.3. В этих схемах напряжение усиливаемого сигнала

Особенности построения усилительных каскадов на биполярных транзисторах.
Принципиальная схема уси­лительного каскада на биполярном транзисторе с общей базой приве­дена на рис.3.5.

Работа биполярного транзистора в усилительном каскаде.
До момента t1 на входных клеммах имеется только напряжение смещения, Uвх =0. Поэтому в выходной цепи протекает только постоянная составляющая I0к

Схемы межкаскадной связи.
Для передачи сигнала от одного каскада к другому применяют различные схемы, называемые схемами межкаскадной связи. Эти схе­мы одновременно служат для подачи питающих напряжений на электро­ды усилит

Режим работы усилительного элемента.
Различают активный и ключевой режимы работы усилительного элемента (УЭ). Активный режим используется в АЭУ и соответствует определенному постоянному напряжению или току на управляющем электроде. Эт

Цепи подачи смещения.
Подача смещения может быть реализована с помощью дополнительного источника питания Eсм. Этот способ практически не используется, так как применение двух источников питания нерацио

Стабилизация рабочей точки биполярных транзисторов.
Как известно, все параметры биполярного транзистора имеют сильную темпера­турную зависимости. Если не предусмотреть специальные схемы ста­билизации, то рабочая точка в зависимости от температуры бу

Принципиальные схемы предварительных усилителей.
В схеме на рис.5.1. цепь служит для создания автомати­ческого смещения. Нагрузкой выходной цепи является активное

Предварительного усилителя.
Анализ резисторного предварительного каскада проводится на основе эквивалентной схемы. При этом считается, что входное напряжение Uвх и тип транзистора заданы в технических услови

Анализ резисторного каскада в области средних частот.
Методика анализа резисторного каскада предварительного усиления рассмотрено в предыдущей лекции. Для упрощения математических выкладок анализ проводится отдельно на средних, высоких и нижних частот

Анализ резисторного усилителя на высоких частотах.
В области высоких частот емкостное сопротивление 1/jωC1 конденсатора С1 становится еще меньше, чем в области средних частот, поэтому его можно по-прежнему заменить коротким замык

Анализ резисторного каскада в области нижних частот.
В области низких частот проводимость незначительна, и ею можно пренебречь. Сопротивление Хсо=

Анализ импульсного усилителя в области малых времен
Если при анализе предварительных усилителей низкой частоты нас интересовали частотные характеристики и частотные искажения, то в импульсных усилителях основной характеристикой является пе­реходная

Анализ импульсного усилителя в области больших времен
Область больших времен - эта область низких частот. Низкими частотами формируется плоская вершина импульса. В области больших времен влиянием Cо можно пренебречь, так как C

Простая индуктивная высокочастотная коррекция
Рассмотрим прин­ципиальную схему усилителя с индуктивной высокочастотной коррекцией, приведенную на рис.8.1.

Эмиттерная высокочастотная коррекция
В усилителях на биплоярных транзисторах широкое применение находит эмиттерная высокочастотная коррекция. Биполярные транзисторы по сравнению с полевыми имеют малое значение входного сопротивления,

Низкочастотная коррекция
Для расширения полосы пропускания усилительного каскада в сторону низких частот, т.е. для улучшения его частотной характе­ристики на низких частотах и пе­реходной характеристики каскада в области б

Способы построения однотактных выходных каскадов
При построении выходных каскадов, прежде всего надо правильно выбрать способ подключения внешней нагрузки. Простейшим способом является непосредственное включение внешней нагрузки в выходную цепь,

Выходные динамические характеристики
Динамические характеристики усилителя применяются для гра­фоаналитического расчета и анализа выходных каскадов. Различают следующие динамические характеристики: - выходная динамическая хар

Построение ВДХ для каскада с емкостной связью
При построении нагрузочной прямой различают ВДХ по постоянному току, в которой используется нагрузочное сопротивление по постоянному току Rн=, и ВДХ по переменному току, в которой

Построение ВДХ для трансформаторного каскада
Построим нагрузочные прямые для трансформаторного каскада. Сопротивление постоянной составляющей то­ка выходной цепи этого каскада, равное Rн==r1 , близко к нулю, так к

Анализ однотактного выходного каскада в режиме А
Рассмотрим принципиальную схему выходного каскада с непосредственным включением внешней нагрузки в выходную цепь усилителя (рис.9.1.). Для анализа построим нагрузочные прямые по постоянному и перем

Усилителя мощности в режиме А.
Проведем графо-аналитический расчет основных характеристик усилителя мощности (P~, η, Кг). Для этого необходимо построить выходную динамическую характеристику для

Резисторные двухтактные усилители напряжения
Двухтактными называют каскады, содержащие два усили­тельных элемента, работающих в противофазе на общую нагрузку, рис.10.1.

Двухтактный трансформаторный усилитель мощности
Двухтактные транзисторные каскады находят самое широкое применение в усилителях мощности. Рассмотрим принципиальную схему двухтактного трансформаторного усилителя мощности, рис.10.2 В отли

Работа двухтактного каскада в режиме В.
Основным достоинством двухтактного каскада яв­ляется возможность использования экономичного режима В без замет­ных нелинейных искажений. Последнее объясняется свойством двух­тактной схемы компенсир

Анализ двухтактного трансформатора усилителя мощности
Анализ усилителя мощности из-за больших амплитуд сигналов проводят графоаналитическим методом с построением нагрузочных прямых, рис.10.7.

Фазоинверсные схемы
При использовании двухтактной схемы усилительного каскада на управляющие электроды необходимо подавать равные по величине и противофазные напряжения сигнала. Это создает некоторые затруд­нения, так

Принцип построения бестрансформаторного усилителя мощности
Бестрансформаторный усилитель представляет собой двухтак­тный каскад с последовательным питанием и параллельным возбуждением однофазным несимметричным напряжением, рис.11.1.

Симметрией
Максимальная амплитуда напряжения сигнала на выходе оконечного каскада Uвыхт близка к 0.5Е, а входное напряжение должно быть равно Uвхт= Uвыхт+U

Составных транзисторах
При большой выходной мощности подоб­рать близкие по параметрам и характеристикам пары транзисторов разных структур р-n-р и n-р-n сложнее. Поэтому оконечный каскад строится на составных транзисторах

Цель курсового проектирования
Основной целью курсового проектирования по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» является углубление и закрепление знаний студентов по лекционному курсу, приобретение опыта сам

Правила выполнения и оформления курсового проекта
Курсовой проект должен представлять законченное описание спроектированного усилителя, содержащее техническое задание, обоснование схемы и отдельных ее каскадов, расчет элементов схемы (за исключени

Организация работ и последовательность проектирования
Примерное распределение времени при выполнении курсового проекта: 1)изучение литературы по теме и выбор функциональной схемы 15% 2)расчет функциональной схемы 15%

Влияние обратной связи на качественные показатели АЭУ
Рассмотрим структурную схему усилителя с последовательной обратной связью по напряжению (рис.13.1,а). В этой схеме введем следую­щие обозначения;

Влияние ООС на входное и выходное сопротивления.
На входное сопротивление усилителя не влияет способ снятия напряжения обратной связи в выходной цепи. Поэтому рассмотрим структурные схемы последовательной и параллельной способов пода­чи

Влияние ООС на амплитудно-частотную характеристику
Основными количественными параметрами частотной характерис­тики усилителя являются полоса пропускания и верхняя граничная частота. Рассмотрим вначале этот вопрос качественно, рис.13.2.

Усилительные каскады с последовательной ООС по току
Простейшими схемами усилителей с обратной связью являются усилители с общим истоком (рис.14.1,а) и с общим эмиттером (рис.14.1,б), в которых отсутствуют шунтирующие емкости в цепи истока и эмиттера

Влияние элементов автоматического смещения и эммитерной стабилизации на АЧХ
Рассмотрим влияние элементов автоматического смещения RиСи и эммитерной стабилизации

Усилительный каскад с паралелльной ООС по напряжению
Рассмотрим принципиальную схему усилительного каскада, в которой делитель напряжения для подачи смещения R1R2 подключен к коллектору, рис. 14.4.

Усилитель с глубокой обратной связью
Принципиальная схема двухкаскадного усилителя, где оба каскада охвачены последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, при­ведена на рис.14.5.

Истоковые и эмиттерные повторители
Широкое применение находят усилители, выполненные по схеме с общим стоком и с общим коллектором, называемые соответственно истоковым (14.6,а) и эмиттерным (рис.14.6,б) повторителями.

Назначение и особенности построения
Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов с сохранением постоянной составляющей. При уменьшении частоты до нуля коэффициент усиления остается таким же, как и на средних ч

УПТ с непосредственной связью
Рассмотрим принципиальную схему двухкаскадного усилителя с непосредственной связью, приведенную на рис.15.1.

Схемы сдвига уровня постоянного напряжения
Постоянное напряжение на коллекторе V1 значительно превышает необходимое напряжение смещения на базе V2. Поэтому в усилителях с непосредственной связью требуется погасить, т.е. скомпе

Дрейф нуля и способы его уменьшения
Для УПТ с непосредственной связью большим недостатком является наличие дрейфа нуля. Под дрейфом нуля понимается выходное напряжение

Балансные усилители постоянного тока
Применение балансных схем является эффективным методом уменьшения дрейфа нуля. Балансные схемы в сочетании с глубокой отрицательной обратной связью и термокомпенсацией дают возможность существенно

Дифференциальные усилители
Дифференциальные усилители (ДУ) позволяют получить высокую стабильность, малый уровень внутренних шумов и напряжение дрейфа, широкую полосу пропускания и высокий коэффициент усиления. Принципиальна

Усилители постоянного тока с преобразованиями сигнала
Характерной особенностью УПТ прямого усиления является наличие дрейфа нуля. Усилители прямого усиления с высокой чувствительностью в эксплуатационном отношении в ряде случаев неприменимы, так как о

УПТ с использованием оптрона
В качестве модулятора в настоящее время используются оптроны. Оптрон - это полупроводниковый прибор, в едином корпусе которого находятся излучатель света, управляемый входным током, и фотоприемник.

Особенности интегральной схемотехники
При создании первых образцов ИМС использовался ранее накопленный опыт в области производства и применения обычных транзисторных схем из дискретных компонентов. При этом практически полностью копиро

Принципиальные схемы операционных усилителей
Рассмотрим принципиальную схему операционного усилителя К14ОУД1А, рис.18.1. Рис.18.1. Принципи

Свойства и характеристики ОУ
Благодаря практически идеальным свойствам операционных усилителей реализация различных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому ОУ постепенно вытесняю

Диаграмма Боде
Напомним, что за счет шунтирующего влияния паразитной емкости собственный коэффициент усиления на верхних частотах уменьшается. Эквивалентная схема одного каскада в области высоких частот (ВЧ) пред

Обеспечение устойчивости ОУ
ОУ представляет собой многокаскадный усилитель с глубокой ООС. Основное требование, предъявляемое к таким усилителям – его устойчивая работа, т.е. отсутствие генерации. Самовозбуждение в ОУ с глубо

Коррекция частотной характеристики ОУ
ОУ для универсального применения с целью обеспечения устойчивой работы должны быть скорректированы, т.е. фазовый сдвиг его выходного сигнала К (f) > 1 должен быть меньше 120°. При этом дл

Неинвертирующий усилитель
Рассмотрим функциональную схему усилителя, представляющего усилитель с глубокой ОOC, рис.20.1

Суммирующее устройство
При анализе схем на основе ОУ будем пользоваться двумя допущениями: в идеальных операционных усилителях K¢® ¥, вследствие чего Uвхд®0, т.е. потенциал входов имеет

Повторитель напряжения
Повторитель напряжения строится на основе неинвертирующего усилителя. При подаче на инвертирующий вход полного выходного напряжения Uос =Uвых, все выходное напряжение п

Инвертирующий усилитель
Рассмотрим функциональную схему инвертирующего усилителя, рис.20.5. Рис. 20.5. Функциональная

Вычитающее устройство
Вычитающее устройство строиться на основе инвертирующего усилителя, рис.20.6. Рис. 20.6. Функц

Интегрирующее устройство
Предыдущие устройства аналоговой обработки сигналов имели цепи частотно-независимой ООС, т.е. b=const и не зависит от частоты. Интегрирующий и дифференцирующий усилители, в отличие от предыд

Дифференцирующее устройство
Поменяв местами R и С в функциональной схеме интегрирующего устройства, получим функциональную схему дифференцирующего усилителя, рис.20.8.

Логарифмирующее устройство
Логарифмирующее устройство предназначено для получения выходного напряжения, пропорционального логарифму входного сигнала. Функциональная схема логарифмирующего устройства приведена на рис.20.9.

Реализация активных фильтров
Активные фильтры бывают первого, второго, третьего и высших порядков. Порядок фильтра определяется числом RC звеньев. Для получения АФ пассивный RС - фильтр включают в схему усилителя. АФН

Активные фильтры высокого порядка
Для увеличения крутизны АЧХ т.е. избирательности применяют АФ высокого порядка. В целях обеспечения устойчивой работы в одном ОУ включается не более трех звеньев пассивных RC - фильтров. Поэтому АФ

Полосовые и заграждающие АФ
Полосовые фильтры могут быть построены с использованием двухзвенного RC-фильтра ФНЧ и ФВЧ, рис.21.7.

Принцип регулировки тембра на основе АФ
Для пояснения принципа регулировки тембра рассмотрим различные варианты включения RC – фильтров, рис.21.10, и изменения АЧХ при реализации этих вариантов, рис.21.11.

Регулятор тембра на основе АФ
Объединив все пять вариантов включения RC-фильтров в одно устройство, получим универсальный широкораспространенный регулятор тембра, рис.21.12.

Регулировка усиления изменением входного сигнала
Для ручной регулировки усиления применяются переменные сопротивления - потенциометры. Потенциометры как регуляторы усиления могут быть включены в качестве сопротивления цепи межкаскадной связи, соп

Тонкомпенсирующие регуляторы усиления
Обычный потенциометр одинаково ослабляет напряжение всех частот. Однако слуховой орган человека, ухо, имеет такую особенность, что с уменьшением громкости снижается восприятие высших и особенно низ

Усилительного элемента
Принцип такой регулировки основан на изменении кооэфициента усиления в зависимости от режима работы усилительного элемента. Потенциометры включаются в цепь смещения. В транзисторных усилит

Регулировка изменением глубины обратной связи.
Регулировка усиления основана на изменении глубины отрицательной обратной связи, введенной в схему усилителя в целях регулировки К. Отрицательная обратная связь, как известно, уменьшает К, но улучш

Шумы электрических цепей
Шумы электрических цепей рассмотрим на примере простейшего RC - контура. Из статистической физики известно, что любая система, находящаяся в состоянии стационарного теплового движения, обладает сре

Шумы электронных ламп
Рассмотрим шум диода, у которого флуктуация эмиссионного тока полностью воспроизводится в анодном токе. Хаотичность процесса термоэлектронной эмиссии приводит к тому, что мгновенное значен