|
Для диода в режиме насыщения действующее значение шумового тока можно определить по формуле
I2Ш = 2qISПпр,(23.1)
где q — заряд электрона; IS — ток насыщения; Ппр — полоса частот
колебаний, пропускаемых устройством, с помощью которого наблюдается шумовой ток.
Например, если IS = 50 мА и Ппр = 1 кГц, то
IШ = √2·1,6·10-19·50·10-3·103 = 4·10-9 А
= 4·10-3 мкА.
В режиме объемного заряда шумовой ток уменьшается. Действительно, пусть, например, в результате флюктуации эмиссия несколько
усилилась, т. е. из катода вылетело больше электронов. За счет этого анодный ток должен увеличиться. Но при этом объемный
заряд также возрастет и повысится потенциальный барьер около катода, что вызовет уменьшение анодного тока. Таким образом,
налицо два взаимно противоположных изменения, и в результате флюктуации анодного тока будут меньше, чем в режиме насыщения.
Так как шумовой ток диода в режиме насыщения легко определяется по приведенной формуле, то в качестве генераторов шумов
для испытания радиоэлектронных устройств, например радиоприемников, применяют специальные шумовые диоды.
Для сравнения различных ламп по шумовым свойствам в качестве шумовых параметров пользуются эквивалентным шумовым напряжением
Uш.э и шумовым сопротивлением лампы Rш.э,
введенными на основании следующих соображений.
Рис. 23.1. Усилительный каскад с источником эквивалентного шумового напряжения лампы
Рие. 23.2. Усилительный каскад с эквивалентным шумовым сопротивлением лампы
Считают, что сама лампа является идеальной, т. е. не шумит, а создает шум за счет усиления некоторого шумового напряжения,
подведенного к ее сетке. Такое напряжение шумов, наблюдаемых при комнатной температуре и при полосе частот пропускаемых колебаний
1 кГц, называют эквивалентным шумовым напряжением лампы. Таким образом, можно
считать, что в цепь сетки идеальной (нешумящей) лампы включен генератор напряжения Uш.э
(рис. 23.1). У большинства ламп напряжение Uш.э составляет доли микровольта.
Для полосы пропускания Ппр, выраженной в килогерцах, шумовое напряжение в √Ппр
раз больше, чем Uш.э.
На каждом резисторе возникает шумовое напряжение, которое в соответствии с формулой Найквиста при комнатной температуре
равно
Uш ≈1/8 · √RПпр , (23.2)
где Uш — в микровольтах, R — в килоомах и Ппр — в килогерцах.
Можно считать, что эквивалентное шумовое напряжение лампы создается некоторым резистором с сопротивлением Rш.э,
включенным в цепь сетки лампы (рис-. 23.2). Так как напряжение Uш.э определяется
при Ппр = 1 кГц, то зависимость между напряжением Uш.э в
микровольтах и сопротивлением Rш.э в килоомах в соответствии с формулой
(23.2) запишется так:
Uш ≈1/8 · √ Rш.э (23.3)
или
Rш.э ≈ 64 U2ш.э. (23.4)
Характеристика шумовых свойств ламп с помощью эквивалентного шумового сопротивления наиболее удобна, так как позволяет
легко рассчитывать суммарные шумы, создаваемые лампой совместно с другими элементами, например резисторами, включенными
в цепь ее сетки.
Значения Rш.э в килоомах для различных ламп рассчитываются по следующим формулам:
для триода
Rш.э ≈ 2,5/S; (23.5)
для пентода или тетрода
Rш.э ≈ 2,5/S +
20IaIg2/S2(Ia+Ig2),
(23.6)
где токи выражены в миллиамперах, а крутизна — в миллиамперах на вольт.
Из этих формул видно, что уменьшение значения Rш.э достигается увеличением
крутизны. У триодов сопротивление Rш.э составляет сотни или тысячи ом, а у пентодов
и тетродов оно выше (десятки килоом), что объясняется дополнительными шумами от флюктуации токораспределения. Еще выше (сотни
килоом) это сопротивление у многосеточных частотопреобразовательных ламп. Чем больше электродов у лампы, тем выше уровень
шумов. Чтобы шумы приемника или усилителя были наименьшими, необходимо в первом каскаде применять лампу с возможно более
низким значением Rш.э, так как шумы первой лампы усиливаются всеми последующими
каскадами.
Иногда шумовые свойства ламп характеризуют коэффициентом шума. Уровень шумов существенно зависит от режима ламп.
При понижении накала шумы усиливаются, так как уменьшается объемный заряд, который в некоторой степени подавляет флюктуации
анодного тока. При увеличении отрицательного напряжения смещения управляющей сетки шумы усиливаются вследствие уменьшения
крутизны. То же получается при снижении напряжения экранирующей сетки. Но при повышении напряжения Ug2
шумы усиливаются за счет токораспределения. Существует оптимальное значение Ug2,
при котором шумы минимальны. Пентоды меньше шумят в режиме перехвата, так
как в режиме возврата уменьшается крутизна и возрастают шумы от
токораспределения. При работе лампы на более низких частотах сильнее
сказывается поверхностный флюктуационный эффект. Таким образом, снижение шумов достигается не только выбором малошумящей лампы, но
и подбором режима работы этой лампы.
Помимо шумов, обусловленных флюктуациями, могут наблюдаться еще шумы за счет других явлений внутри лампы. К ним относятся:
фон от питания цепи накала переменным током, колебания тока от механических вибраций электродов лампы (виброшумы), шумы
от изменения токов утечки через изоляцию с непостоянным сопротивлением и другие явления.
|
