[yurik82 18]

2 часа назад, _pv сказал:

(50 Ом согласования они внутри и всегда есть и при комнатной температуре)

Эквивалентная цепь LNA в простейшем случае может быть представлена  как добавочные сопротивление (Rb и Re на примере транзистора с ОЭ)

Это R будет разным, и чем лучше усилитель тем они меньше (и напрямую не связаны с 50 Ом, согласование выполняет блок помеченный как "noise free block" и его собственные S-параметры)

Нет фундаментальных ограничений чтобы оно приближалось к нулю. До 1990-ых годов особо малошумящие LNA делали криогенными (охлаждали жидким гелием), потом научились делать ещё более малошумящие LNA при комнатной температуре. Транзистор это не резистор Джонсона-Найквиста, это некоторое квантовомеханическое устройство и шумы связаны со степенями свободы носителей заряда и влиянием на количество этого движения температуры. в HEMT транзисторах облако вырожденного электронного газа двумерное, имеет меньше степеней свободы чем свободные электроны в кристаллической решетке металла. Тепловые шумы этого облака не являются шумом абсолютно черного тела и не подчиняются статистике Больцмана/Джонсона/Найквиста.

 

Для более детального изучения эквивалентную цепь LNA рисуют более распределенно, т.к. разные источники шума связаны с остальными элементами конструкции различными паразитными связями, и для более тщательного проектирования таких транзисторов могут применять более сложную модель

На рисунке модель для изучения свойства  InP-InGaAs HBTs транзисторов.

GaoMTT2004.pdf

Для умозрительных целей можно представить как один нагрузочный резистор равный входному импедансу с эквивалентной шумовой температурой T.

У современных транзисторов эта температура давно ниже комнатной. Если бы транзистор давал столько же шума сколько тепловой резистор, то энергия шума на выходе суммируется по правилу статистики RSS

Erss² = E1² + E2²
Erss = sqrt(E1² + E2²)

Два источника шума по E в сумме дадут sqrt(2)*E = 1.414E = +1.5 дБ

Транзисторы с Nf менее чем 1.5 дБ уже существуют, их эквивалентная температура шумов давно ниже комнатной
 

Здесь показаны другие эквивалентные схемы и связанные с ними формулы: https://www.microwaves101.com/encyclopedias/noise-notes

 

2 часа назад, _pv сказал:

куда делся температурный шум от 50Ом согласования

это такая метрика, в ней показывают вклад усилителя. этот вклад теоретически может быть близкий к нулю.

 

2 часа назад, _pv сказал:

фотодиод пусть пока идеальный и вообще

у него тоже есть S-параметры, а его эквивалентная цепь будет содержать тепловой резистор шума.

PhotodiodesSParameter.pdf

решатели принципиальных схем (SPICE simulator) умеют решать общий Nf системы если в него в качестве входных данных подать S-параметры и Nf параметры источника, усилителя.

 

 

P.S. Заметьте что в реалистичных схемах замещения - используется и сосредоточенный источник шума по напряжению, и по току

В модели Джонсона-Найквиста без разницы как определять шум, можно и так и так (по теореме Нортона есть простая зависимость)

https://en.wikipedia.org/wiki/Johnson–Nyquist_noise

В эквивалентной схеме транзистора используют и то и другое, потому что разные режимы работы по разному влияют на эти составляющие. Чтобы симулятор смог корректнее считать в разных режимах работы -  ставят вольтажный источник шума и токовый (как на второй картинке в самом начале)

Изменено 22 мая, 2023 пользователем yurik82

[MegaVolt 28]

23 часа назад, _pv сказал:

вопрос не про синус а про белый шум, указанные 310пВ√Гц, и как они соотносятся с шумами согласования.

в даташите выходной шум приведен 2.1мВ rms / sqrt(4GHz) = 33нВ√Гц или 0.33нВ√Гц на входе.

что при этом было подключено на входе усилителя? закоротка?

но там где приведено 50 Ω noise figure 1.7 dB и полученные из них те же 0.31нВ√Гц вроде как подразумевается 50Ohm источника, но где тогда их шум в 0.9нВ√Гц (ну или хотя бы в корень из 2 меньше от 25Ом вместе с согласованием?)

300пВ это всё же как я понимаю шум с закороченным входом. Иначе никак.

По поводу NF не очень понятно.... Инет (http://dicks-website.eu/noisecalculator/index.html) пишет что NF не константа а зависит от сопротивления источника. Т.е. в NF уже вошёл 50 Ом_ный вход. И возможно шума стало больше например за счёт каких то неописанных штук.

Вот тут например в расчётах есть ещё составляющая от входного тока https://www.ti.com/lit/an/slyt470/slyt470.pdf  может она и даёт недостающее..

Т.е. при 50 омном входе добавляем 1.7 дБ и скорее всего лучше не будет. Почему добавленный шум больше шума с КЗ на входе не очень понятно 😞

 Но если мы пытаемся сделать трансимпедансник то их шумы считаются несколько иначе. У TI есть неплохой калькулятор в эксельке для этого. https://e2e.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-discussions-components-files/14/sloc056a.zip

Опять же чтобы сошлось с NF в расчёт нужно подставлять сопротивление не 50 Ом а 69..70 Ом почему то.... Не так велика погрешность.

[rloc 49]

2 часа назад, MegaVolt сказал:

300пВ это всё же как я понимаю шум с закороченным входом.

За вычетом шумов сопротивления источника.

[MegaVolt 28]

47 минут назад, rloc сказал:

За вычетом шумов сопротивления источника.

А какие шумы у закоротки?

[rloc 49]

2 минуты назад, MegaVolt сказал:

А какие шумы у закоротки?

Никаких, но речь о различии шумов в зависимости от сопротивления источника. Не факт, что при 0 собственные шумы минимальны.

[MegaVolt 28]

1 минуту назад, rloc сказал:

Никаких, но речь о различии шумов в зависимости от сопротивления источника. Не факт, что при 0 собственные шумы минимальны.

Так про это же и вопрос автора. Параметры 300 пВ и 1.7 дБ никак не стыкуются. 
Так как производитель не указал условия измерения приходится гадать.

[_pv 60]

1 hour ago, MegaVolt said:

Так про это же и вопрос автора. Параметры 300 пВ и 1.7 дБ никак не стыкуются. 

1.7дБ и 300пВ вроде стыкуются, https://electronics.stackexchange.com/questions/574696/noise-figure-to-voltage-noise-spectral-density-hand-calculation

непонятно как выходные шумы получили, если везде в остальных измерениях 50Ом указаны. и по прежнему не до конца понятно что будет на выходе, если ему вход открытым оставить (только с собственными 50Омами)

 

21 hours ago, yurik82 said:

Эквивалентная цепь LNA в простейшем случае может быть представлена  как добавочные сопротивление (Rb и Re на примере транзистора с ОЭ)

но если они всё-таки 50Ом на входе образуют то и эквивалентный Vn который вынесли наружу будет соответственно 0.9нВ + то что сам усилитель добавит?

[yurik82 18]

5 часов назад, MegaVolt сказал:

) пишет что NF не константа а зависит от сопротивления источника.

Соотношение  сигнал/шум у законченного изделия (схемы) - зависит от согласования. При рассогласовании S-параметров, МШУ работает в неоптимальном режиме. Знаменатель и числитель (полезный сигнал и шум) проходят и генерируются в неравных соотношениях.

Производитель транзисторов в даташите декларирует минимально возможный Nf, причем у олдскульных транзисторов (те которые надо было согласовывать, не современные 50 Ом HEMT MMIC) минимально достижимый Nf был не при КСВ=1, а при других значениях (так называемый Гопт), детальнее про это в презентации

HFIC_chapter_7_low-noise_amplifier_design.pdf

Выше я прикреплял скриншоты из Ansys для МШУ на транзисторе NE68133. Минимально достижимый Nf по даташиту 1.2 дБ

Усилитель расчитанный на частоту 910 МГц получил максимальное усиление и согласование (КСВ=1) на расчетной частоте. Но с точки зрения Nf это неоптимальный участок, минимум шума получился на 1.25 ГГц (там где КСВ и усиление плохие), на на расчетной частоте Nf=1.5...1.7 dB

 

2 часа назад, MegaVolt сказал:

Параметры 300 пВ и 1.7 дБ никак не стыкуются. 

Параметр Nf (тот который 1.7 дБ) зависит от шумовой температуры источника

https://www.analog.com/en/technical-articles/noise-figure-measurement-methods-and-formulas--maxim-integrated.html

В первом методе (Gain Method) P=kTF, где T=290K, т.е.  P=-174dBm/Hz.

Но шумовая температура источника может быть как ниже так и выше комнатной. Измерения Nf дадут разные значения.

Наприме, если источник это антенна дальней космической связи, то её шумовая температура. Например у антенн Deep Space Network эквивалентная шумовая температура всего 20К. Если для измерений использовать её, а не нагретый до 290K резистор то Nf у одного и того же МШУ получится другим.

 

Особо малошумящие (рекордные) МШУ часто применяются в таких областях где нет комнатных шумовых температур, какие-то измерения могут проходить при криогенных температурах, или усиливать сигнал сигнал из антенн направленных в космос, а не в комнату.

HFIC_chapter_7_low-noise_amplifier_design.pdf

 

  

1 час назад, _pv сказал:

но если они всё-таки 50Ом на входе образуют то и эквивалентный Vn который вынесли наружу будет соответственно 0.9нВ + то что сам усилитель добавит?

Непонятен контекст что это за 50 Ом. Антенна Deep Space Network тоже 50 Ом (это её импеданс), а шум у неё всего 20К. Для расчета согласования с МШУ надо брать 50 Ом. А для расчета общего шума системы брать 20К

Изменено 23 мая, 2023 пользователем yurik82

[_pv 60]

19 hours ago, yurik82 said:

Непонятен контекст что это за 50 Ом. Антенна Deep Space Network тоже 50 Ом (это её импеданс), а шум у неё всего 20К. Для расчета согласования с МШУ надо брать 50 Ом. А для расчета общего шума системы брать 20К

входные 50Ом усилителя, при комнатной температуре.

 

я про первую картинку

Quote

Эквивалентная цепь LNA в простейшем случае может быть представлена  как добавочные сопротивление (Rb и Re на примере транзистора с ОЭ)

VnB и VnE резисторов (Rb и Re) из Noise free квадратика Y вынесли наружу и превратили в одно Vn,

но если эти резисторы и обеспечивают 50Ом входного сопротивления, то и Vn как минимум должно быть 0.9нВ + то что сам усилитель добавит.

[НЕХ 4]

Настоящий трансимпедансный усилитель некорректно среагирует на  закороченный вход.

Может тут что-то от noise cancelling ?

https://sci-hub.wf/10.1109/MMM.2016.2561438

[_pv 60]

14 hours ago, НЕХ said:

Настоящий трансимпедансный усилитель некорректно среагирует на  закороченный вход.

Этот - вроде ненастоящий, просто 50Ом входного сопротивления (а не обратная связь) тоже могут превращать ток в напряжение, что вместе с Ку=100 даёт суммарно 5000В/А

[НЕХ 4]

На сайте xdevs.com когда-то препарировали усилитель фирмы Femto. Но другой серии.

[yurik82 18]

В 23.05.2023 в 19:05, _pv сказал:

но если эти резисторы и обеспечивают 50Ом входного сопротивления, то и Vn как минимум должно быть 0.9нВ + то что сам усилитель добавит.

50 Ом обеспечивают S-параметры блока "noiseless block".

У классических транзисторов никакими 50 Ом не пахло, там было 10-20 Ом и ещё и дикий реактанс. Согласование на 50 Ом традиционно делается трансформаторами импеданса (зачастую однозвенными LC фильтрами ФНЧ или ФВЧ).

В работе которую я прикрепил в PDF для какого того Ga-As транзистора эти сопротивления указаны по 3.5 Ома. 

[_pv 60]

On 5/25/2023 at 2:14 AM, yurik82 said:

Согласование на 50 Ом традиционно делается трансформаторами импеданса (зачастую однозвенными LC фильтрами ФНЧ или ФВЧ).

Это ведь в какой-то довольно узкой полосе будет работать?

On 5/25/2023 at 2:14 AM, yurik82 said:

В работе которую я прикрепил в PDF для какого того Ga-As транзистора эти сопротивления указаны по 3.5 Ома. 

их как-то можно трасформировать в 50Ом согласования, чтобы от DC до 1ГГц, без собственно активных 50Ом, которые сразу начнут шуметь?

[yurik82 18]

В 30.05.2023 в 09:40, _pv сказал:

Это ведь в какой-то довольно узкой полосе будет работать?

Классические транзисторы в широкой полосе имели очень разные S-параметры (сильно меняется реактивность, в меньшей мере активное, но оно далеко от 50 Ом и в районе 10...25 Ом было) поэтому классическое согласование было всегда узкополосным.

HEMT транзисторы можно создать почти без реактивности и сразу ж желаемым импедансом (обычно 50 Ом). Из-за этого впервые в истории РА-строения и LNA-стрлоения появились широкополосные многоооктавные усилители. Как бонус ещё и не нуждаются ни в каких согласованиях.

В 30.05.2023 в 09:40, _pv сказал:

без собственно активных 50Ом, которые сразу начнут шуметь?

Это не те 50 Ом которые шумят. Шумовых там 3-4 Ома, а 46-47 активных (полезных).

Если например сделать lossless трансформатор лямбда/4 и поднять до 500 Ом, а там сделать далее нагрузку с импедансом 500 Ом - то шум не изменится никак. Это не "эквивалентное сопротивление шумов", это просто импеданс. Просто соотношение напряжения к току или потенциала Е поля к продольной магнитной составляющей. 50 Ом это не плохо и не хорошо, не много и не мало, не больше и не меньше чем 15 или 500 Ом.