[rudy_b 1]

...

Но по поводу моей схемки...почему

...

Вот так, с ходу, точно не отвечу. Думаю, что вы где-то ошиблись в вычислениях. Ну и особенности вашей симуляшки нужно знать, у меня Orcad, там все немного иначе.

 

И, честно говоря, не очень понимаю, зачем вы ручками хотите создать свою модель? Она уже есть в симуляшке, можно просто аккуратно настроить ее параметры в соответствии с параметрами конкретного транзистора.

 

Я думаю, можно попробовать сделать так:

1. На источнике сигнала с нулевым сопротивлением и, в симуляшке, по приведенному ко входу Uшума, определить величину источника шумового напряжения.

2. Проделать то же самое с некоторым сопротивлением источника, вычесть (квадратично) шум сопротивления источника и напряжение источника шумового сопротивления и определить ток генератора шума, поделив полученное значение напряжения на сопротивление источника.

3. Сделать модели источников шумовых напряжения и тока и отдельно проверить их соответствие рассчитанным значениям.

4. Снова проверить что получится в схеме.

Скорее всего, вы обнаружите свою ошибку в приведенной ранее модели, но... Попробуйте.

 

 

Хм...всегда считал что происходит наоборот. В схеме ОЭ эмиттерное сопротивление увеличивается по сравнению с его фактическим значением изза усиления iэ=iб*(betta+1). А в схеме ОБ наоборот- базовое сопротивление нивелируется (ослабляется в бетта+1 раз), эмиттерное же остается равным фактическому. Разве не так?

И так и не так. Если взять более точную модель транзистора - то в ней будет отдельно сопротивление базы и отдельно сопротивление эмиттера. Причем сопротивление базы Rб - порядка сотен ом, эмиттера Rэ - порядка единиц и долей ома. Если забыть про отрицательную связь по току, то входное сопротивление и в схеме с ОЭ и в схеме с ОБ будет одинаковым и равным Rб+Rэ;

 

А вот как только мы эту отрицательную связь по току ввели - вот тут сразу начались изменения.

В схеме ОЭ сопротивление эмиттера умножилось на бета (В) (грубо) за счет протекания дополнительного коллекторного тока. Т.е. входное сопротивление стало Rб+Rэ*В.

А в схеме с ОБ - соответственно уменьшилось сопротивление Rб, поскольку теперь входной ток возрос в бета раз, и через него начала протекать лишь 1/В часть входного тока. И входное сопротивление сразу стало равным Rб/В+Rэ, т.е. существенно снизилось.

 

В обычных случаях, как формируется входное сопротивление каскада - совершенно не важно. Но при расчете шумов - очень важно знать, за счет чего изменилось входное сопротивление - за счет реального изменения значения параметров (резисторов и т.п.) или за счет воздействия ОС, поскольку сама по себе ОС дополнительных шумов не вносит, только снижает коэффициент усиления, что может привести к некоторому росту шума. А вот если изменились сами параметры схемы - изменились и шумы.

 

Отсюда и возникает путаница с ОЭ-ОБ. ОЭ - это схема с малой обратной связью по току коллектора (через небольшое сопротивление Rэ). Но Rэ - мало и этим можно пренебречь. А вот ОБ - это схема со 100% ОС по току коллектора и результирующее входное - определяется, в основном, именно ей, поскольку ток ОС практически равен входному (с точностью порядка 1/В), а ток через базу транзистора - в В раз меньше входного.

 

Наверное несколько путано сказал, но надеюсь, смысл передал. Это очень легко увидеть на модели - создайте модель транзистора из управляемого током (через Rб) генератора тока - там все будет очевидно. А в эмиттер включите отдельный Rэ. Что-то вроде этого.

[Alexashka 0]

Почитайте хотя бы статью которую Вы же, вроде, уже здесь постили Ultra low noise amplifiers.pdf

Из этих формул следует, что:

1. Большая часть приведенного ко входу напряжения шума есть дробовый шум тока коллектора деленный на крутизну.

Вторую часть входного напряжения шума дает объемное сопротивление базы.

2. Входной шумовой ток - это дробовый шум тока базы, который есть ток коллектора деленный на коэффициент усиления по току.

Всетаки я не понял, где тут в формулах "шум тока коллектора деленный на крутизну"? Вижу только постоянный ток коллектора ну и всякие физические константы.

И нигде я не видел в формулах "деление на крутизну". Крутизна ведь "S" обозначается? Вижу только проводимость база-эмиттер или сопротивление база-эмиттер. //Update: вопрос снят)

И сразу (поскольку книжек никаких нет под рукой) поясните пожалуйста, 2q∆f(Ic-Ie/m) - не есть ли это шум тока базы (ток базы =Ic-Ie/m)?

 

Вы тоже верите, что шумы рождаются в базе? :05:

Вот тут в статье Компоненты и технологии 10.08 интересное прочитал:

 

Схожий процесс возникает при инжекции зарядов из эмиттера в базу биполярного транзистора. Флуктуации в ходе эмиссии/инжекции вызваны непрерывными, очень маленькими изменениями в энергии носителей в зависимости от работы выхода катода или от энергии запрещенной зоны полупроводникового перехода. Во втором случае (в отличие от электровакуумного диода) некоторые из инжектированных носителей рекомбинируются в области базы; при этом шум на коллекторе изменяется соответствующим образом. В связи с этим данный эффект называют дробовым шумом коллектора, хотя такое название может вводить в заблуждение, поскольку первопричина кроется в источнике инжекции.

Обратите внимание на то, что шум Джонсона вызван случайным движением зарядов в проводящей среде, а дробовой шум- случайным появлением этих носителей в барьерной зоне.

Источник инжекции- надо понимать -базовый ток :)

 

 

И еще оттуда же:

в отличие от шума резистора, который непосредственно переводится в мощность, дробовой шум является всего лишь флуктуацией тока, и ему соответствует определенная мощность только при втекании этого тока в некоторый импеданс.

Такой импеданс в транзисторе есть, но это не выходное сопротивление коллектора, а дифференциальное сопротивление эмиттера: rэ - величина, обратная крутизне характеристики при малом сигнале и равная kT/qIc. Наличие такого импеданса приводит к появлению шумового напряжения, которое может быть приведено к переходу база/ эмиттер. Соответствующая спектральная плотность есть произведение шумового тока на данное сопротивление, и она равна kT/qIc*sqrt(2qIc), или kT*sqrt(2/qIc).

Т.е выходит что шум коллектора проходит через диф.сопротивление эмиттера rэ и создает на нем шумовое напряжение. И оно же (совпадение?) получается если шумовой ток приводить ко входу делением на крутизну (она обратно пропорциональна этому самому rэ)! Чудесааа))

 

Вот так, с ходу, точно не отвечу. Думаю, что вы где-то ошиблись в вычислениях.

Теперь ясно где моя ошибка

Вот и объяснение:

Интересный факт, что указанное произведение тока дробового шума на данное сопротивление идентично напряжению шума, генерируемому реальным сопротивлением, величина которого в два раза меньше. Например, в рассматриваемом примере r_e равно 25,86 Ом, а шум реального сопротивления номиналом 12,93 Ом также составляет 463 пВ/ Гц. Чтобы показать это, запишем произведение дробового шума на rэ в виде sqrt(2kTrэ) , что в свою очередь равно sqrt(4kT(rэ/2)). Данная величина совпадает с шумом Джонсона резистора R, sqrt(4kTR), в случае, когда R = rэ/2. Это действительно так, хотя общая картина от этого яснее не становится. Откуда возникает такая интересная взаимосвязь между двумя очень непохожими друг на друга фундаментальными шумовыми процессами? Но это уже тема для следующей статьи.

- Вот ведь :07:

[ledum 0]

Ну а где ж у них учет фликер-шума? Одной из причин которого, например, является залипание носителей на глубоких уровнях с достаточно большим сечением захвата в запрещенной зоне с последующим спонтанным возвратом в зону проводимости. Глубокие уровни - из-за дефектов решетки (технологических, конструктивных или производственных - дислокации, примеси, влияние поверхности). Ведь на низких частотах фликер-шумы основные обычно.

[alexkok 0]

И сразу (поскольку книжек никаких нет под рукой) поясните пожалуйста, 2q∆f(Ic-Ie/m) - не есть ли это шум тока базы (ток базы =Ic-Ie/m)?

Он самый.

Вот тут в статье

Схожий процесс возникает при инжекции зарядов из эмиттера в базу биполярного транзистора. Флуктуации в ходе эмиссии/инжекции вызваны непрерывными, очень маленькими изменениями в энергии носителей в зависимости от работы выхода катода или от энергии запрещенной зоны полупроводникового перехода. Во втором случае (в отличие от электровакуумного диода) некоторые из инжектированных носителей рекомбинируются в области базы; при этом шум на коллекторе изменяется соответствующим образом. В связи с этим данный эффект называют дробовым шумом коллектора, хотя такое название может вводить в заблуждение, поскольку первопричина кроется в источнике инжекции.

Обратите внимание на то, что шум Джонсона вызван случайным движением зарядов в проводящей среде, а дробовой шум- случайным появлением этих носителей в барьерной зоне.

Врут, причиной дробового шума является дискретность тока, он из отдельных электронов состоит.

 

[Alexashka 0]

Ну а где ж у них учет фликер-шума?

Видимо, это тоже тема для отдельной статьи :)

Небольшой оффтоп если позволите.

 

l/f-шум — явление загадочное. Он неизбежно присутствует почти во всех электронных приборах и, тем не менее, физические причины его возникновения до сих пор все еще остаются неясными. Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования l/f-шума выявили лишь его многогранный и неподатливый характер; после всех затраченных усилий относительно этого шума нельзя сделать почти никаких определенных выводов. Имеющиеся экспериментальные данные часто находятся в противоречии друг с другом или же остаются открытыми для интерпретации. Этим можно объяснить факт существования научной школы, сторонники которой твердо полагают, что l/f-шум – явление объемное, мысль, которая встречает отпор тех, кто полагает, что этот шум создается на поверхности. Подобно этому, и модели флуктуации числа, и подвижности носителей заряда– каждая имеет своих защитников, хотя бесспорные экспериментальные доказательства, которые лишали бы одну из них права на дальнейшее существование в качестве рабочей гипотезы, отсутствуют. Возможно, единственное указание на систематичность поведения 1/f-шума - это эмпирический закон Хуга, который гласит, что уровень шума обратно пропорционален суммарному числу носителей в образце. Однако и закон Хуга не является общим. Даже в случае металлических пленок, для которых он и был первоначально сформулирован, он не всегда справедлив.

 

Первые наблюдения l/f-шума выполнены более восьмидесяти лет тому назад. Сейчас установлено, что l/f-шум является универсальным типом флуктуации, он проявляется не только при измерениях в электронике, но и во все расширяющемся ряде наблюдений в самых различных сферах. Это отмечено, например, для таких явлений природы, как землетрясения, грозы, изменения уровня течения реки Нил, хотя, конечно, спектры, которые выявляются в таких случаях, нельзя считать спектрами мощности в обычном смысле этого слова. Кроме того, некоторые биологические системы также обладают l/f-шумом: нормальный период сердцебиения человека имеет флуктуации, спектральная плотность которых изменяется приблизительно по закону 1/f для частот ниже 0,3 Гц, подобную же форму имеет спектр флуктуации волн мозга, в частности так называемых α-волн на электроэнцефалограммах (ЭЭГ). Хорошо известно, что нейромембраны обладают флуктуациями 1/f.

 

Другой областью, где имеется l/f-шум, является музыка. Было обнаружено, что соотношение между интенсивностью и высотой звука в классической музыке (Моцарт, Бах, Бетховен, Дебюсси), в джазовой музыке, в музыке ансамбля «Битлз», а также в музыке различных эпох соответствует зависимости 1/f.

 

Возможно, еще более удивительным является то, что индивидуальное восприятие музыки существенно определяется видом ее спектра. Так, три музыкальных отрывка, «скомпонованные» на основе случайных чисел и имевшие зависимости спектральных плотностей от частоты в виде l/f2, l/f и l/f0 (белый шум), характеризовались слушателями как скучный (l/f2), раздражающий (белый шум) и доставляющий удовольствие 1/f . Выходит, что «хорошая» музыка имеет спектр 1/f, вероятно, из-за того, что ее время корреляции не настолько мало, чтобы сделать ее выводящей из равновесия своей беспорядочностью, но она проливает мало света на физические механизмы возникновения такого шума.

 

[ledum 0]

Небольшой оффтоп если позволите.

Тоже немного оффтопа - Релаксационная Спектроскопия Глубоких Уровней, РСГУ или DLTS, с помощью луча электронного микроскопа, как способ оценки одного из многих возможных источников фликер шума в транзисторах, была темой моего диплома (закрытого, кстати) 25 лет назад. Но забыл почти все с этой СВЧухой.

Кстати, интересно было бы оценить шумы 2SK117 и 2SK170, хоть и полевики, но мы их ставили на прошлой работе в микрофонные усилители - если не палево - нормально. Пробовали и LM1837 (вынули из какого-то брендового кассетника) - так полевики больше понравились.

[rudy_b 1]

Тоже немного оффтопа - Релаксационная Спектроскопия Глубоких Уровней, РСГУ или DLTS, с помощью луча электронного микроскопа, как способ оценки одного из многих возможных источников фликер шума в транзисторах, была темой моего диплома (закрытого, кстати) 25 лет назад. Но забыл почти все с этой СВЧухой.

Кстати, интересно было бы оценить шумы 2SK117 и 2SK170, хоть и полевики, но мы их ставили на прошлой работе в микрофонные усилители - если не палево - нормально. Пробовали и LM1837 (вынули из какого-то брендового кассетника) - так полевики больше понравились.

На килогерце они даже лучше, но у них раньше начинается фликкер - герц со 100. Поэтому на более низких частотах (и малом сопротивлении источника, порядка 600 ом) начинают проигрывать биполярам. По крайней мере, по модели, но и на практике сильно шумят на низких частотах. Отобрать, конечно можно, но...

[ledum 0]

На килогерце они даже лучше, но у них раньше начинается фликкер - герц со 100. Поэтому на более низких частотах (и малом сопротивлении источника, порядка 600 ом) начинают проигрывать биполярам. По крайней мере, по модели, но и на практике сильно шумят на низких частотах. Отобрать, конечно можно, но...

Да, извиняюсь, забыл сказать, что диапазон микрофонного усилка был 300-4000 с легким задиром на 800-1200 для увеличения разборчивости. Просто ниже 300 никогда не смотрели.

[rudy_b 1]

Да, я тоже, извиняюсь, не указал транзистор. Я говорил про 2SK170. 2SK117 не пробовал, но, по параметрам, он должен быть хуже.

[Alexashka 0]

Тоже немного оффтопа - Релаксационная Спектроскопия Глубоких Уровней, РСГУ или DLTS, с помощью луча электронного микроскопа, как способ оценки одного из многих возможных источников фликер шума в транзисторах, была темой моего диплома (закрытого, кстати) 25 лет назад. Но забыл почти все с этой СВЧухой.

Кстати, интересно было бы оценить шумы 2SK117 и 2SK170, хоть и полевики, но мы их ставили на прошлой работе в микрофонные усилители - если не палево - нормально. Пробовали и LM1837 (вынули из какого-то брендового кассетника) - так полевики больше понравились.

Глубоко Вы копнули, однако :blink:

***

2SK117 я пробовал в ЗЧУ (может помните в этой ветке муссировалось довольно долно), понравился, но чтобы получить преимущество перед средним ОУ (9нВ) пришлось ставить в сток активную нагрузку (тотже 117 в режиме генератора тока). Ну так вот, на биполярах я убедился, что такая схема дает в 1,4 раза больше шумов, поэтому не думаю, что он будет лучше биполяра с обычным резистором в коллекторе. Максимум получится тоже самое. Хотя могу и ошибаться :) Вот 170 можно было бы попробовать, хотя он ориентирован на бОльший ток стока, который мне не по карману.

[Alexashka 0]

Хочу освежить тему. Все что обсуждалось выше вылилось-таки в схему, приведенную ниже. Из того что хотелось добиться- обеспечение входного импеданса=1кОм, стабильность рабочей точки входного каскада при изменении температуры и разбросе параметров транзисторов, низкое потребление, малый шум, простота, отсутствие БОЛЬШИХ емкостей, не слишком большие искажения, получилось почти все :) -результаты приведены на схеме. Можно критиковать. В железе думаю опробовать в ближайшее время.

 

На первом графике -входной импеданс, на остальных - усиление в разных точках.

[rudy_b 1]

Вроде ничего, но сложновато как-то. А какая проблема с питанием - автономная работа от батарейки? Почему по выходному кабелю не запитать?

[Alexashka 0]

Вроде ничего, но сложновато как-то. А какая проблема с питанием - автономная работа от батарейки? Почему по выходному кабелю не запитать?

 

Сложно потому что полную схему привел -весь тракт усиления-фильтрации, хотя в ней еще кое чего не хватает- опорников и вторичного питания, цепей защиты от РЧ помех. Просто всю схему моделирую чтобы оценивать шумы в конкретной полосе, да и просто эта часть уже собрана на плате.

 

Питание -все батарейное, это знаете такие модные сейчас сенсорные сети делаем. Вот нужны малогабаритные легкие датчики, которое к сожалению изза этого и малочувстительные.

[ledum 0]

Немного в сторону. Сам радиопередатчиками такими не занимался, но на экспертизы притаскивали зухера. В качественных, по крайней мере, хотя бы кондер небольшой емкости параллельно микрофону стоял, в более серьезных - помехоподавляюшие LC фильтры - защита от детектирования входным каскадом собственного ВЧ сигнала. Когда микрофон хотя бы 40-50 мм экранированным проводком подключался и который уже работал как антеннка. Это если данный усилитель должен с передатчиком использоваться

Изменено 19 января, 2011 пользователем ledum

[dinam 1]

Извините, что встреваваю в обсуждение, может об этом уже говорилось, но почему вы закладываетесь на транзисторы, которые Toshiba не рекомендует применять в новых разработках? Если смотреть на графики, то у неё есть транзисторы поновее с нехудшими характеристиками по шумам. Ну или обратите внимание на других производителей.