Шапка

Часть 8 Проектирование малошумящей аппаратуры

==473

В жизни часто приходится иметь дело с малыми сигналами, которые нужно беречь от негативного воздействия комплекса явлений, носящего название «шум» усилителя. Разработка малошумящих схем является важной частью искусства схемотехники. Многочисленные подробности, украшенные бОльшим, чем обычно, количеством формул, отражают сложность разработки таких устройств. Отсюда и необычный объём материала - это самая длинная часть книги. Как выяснилось, многие читатели не горят желанием разбираться во множестве описанных здесь явлений, посему был составлен путеводитель по предлагаемому материалу.

Краткий обзор данной части. Основные понятия о шуме даны в §8.1 ( «Шум» ), с которым следует знакомиться в первую очередь. Читатели, интересующиеся малошумящими схемами на операционных усилителях, могут перейти к §8.9 ( «Шумы в схемах с операционными усилителями» ). Разработчики, занимающиеся схемами на дискретных транзисторах ( или желающие получить более ясную картину происходящего внутри микросхемы ) должны прочитать §8.5 ( «Разработка малошумящих схем на биполярных транзисторах» ) и §8.6 ( «Разработка малошумящих схем на полевых транзисторах» ). Специалистам, работающим с фотодиодами, будет интересен §8.11 ( «Шум в трансимпедансных усилителях» ) _1 . Проблемы измерения шума обсуждаются в §8.12 ( «Изменение шума и источники шума» ) и §8.13 ( «Ограничение рабочей полосы и измерение среднеквадратического напряжения» ).

Совсем короткое изложение для самых нетерпеливых. Данная часть достаточно длинная, насыщена математическими выкладками и параметрами сотен транзисторов и операционных усилителей, но о самом шуме не обязательно говорить так сложно. В целях создания целостного представления о шуме ниже даётся текст одноминутной лекции об этом предмете:

«Случайный шум характеризуется интенсивностью - среднеквадратической амплитудой напряжения в полосе 1Hz на интересующей частоте. Интенсивность шума обозначается \(e_n\) и измеряется в nV/\(\sqrt{Hz}\) . Аналогично шумовой ток обозначается \(i_n\) , присутствует на входе усилителя и проходит через сопротивление источника сигнала, создавая шумовое напряжение \(e_n=i_nR_S\) . Если интенсивность шума не зависит от частоты, то такой шум называется «белым», и среднеквадратическая амплитуда шума в полосе \( BW\) равна просто \(v_n=e_n\sqrt{BW}\) . Зная это можно обратиться к табл. 8.3a , 8.3b и 8.3c на стр. 522-524 , где даны значения \(e_n\) и \(i_n\) для широкого спектра операционных усилителей, чтобы иметь представление о том, сколько шума попадает на вход усилителя. Данную цифру остаётся умножить на коэффициент усиления и получить величину шума на выходе.

Усилитель - не единственный источник шума. Резисторы создают «тепловой» или «джонсоновский» шум ( соотношение [8.4] ), а дискретные заряженные частицы, образующие ток в проводнике, производят «дробовый» шум ( соотношение [8.6] ). Оба этих вида шума относятся к белому шуму _2 . Наконец, ( в оставшиеся десять секунд ) вычисляем общий шум устройства, имеющего множество независимых источников. Для этого суммируем квадраты интенсивностей шума от каждого источника, умножаем на рабочую полосу и берём квадратный корень от результата. Лекция окончена, Всем спасибо, все свободны.»

1 и смежные вопросы устойчивости и полосы пропускания в ##§X4.3. <-

2 Картина становится более интересной, если интенсивность шума зависит от частоты. Скажем, упоминавашийся розовый шум «фликер-шум» на низкой частоте растёт пропорционально 1/\(\sqrt{f}\) . Пояснение к этому явлению последуют позднее ). <-

Previous part:

Next part: