CC BY
9
Р. А. КАРПЕНКО, В. 1. ЗАГАН
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ Д0СЛ1Д ВПЛИВУ СТАР1ННЯ НА ШУМИ ТРАНЗИСТОРНОГО ПЩСИЛЮВАЧА
Прийнято вважати, що власш шуми транзистор1в складаються з трьох складових: терм^чного шуму, шуму за рахунок дробового ефекту 1 так званого надм1рного шуму [1].
130к
Осюльки поверхнев1 продеси та струм /ко не залишаються по-стшними у час!, то 1 величини складових шум1в, пропорцшш ?м, також повинш змшюватися в час!.
Був поставлений експеримент з метою визначити, чи змшю-ються шуми гидсилювача в процеа старшня транзистор1в та якими складовими обумовлена дя змша. Для цього дослщжувався спек-тральний склад шум1в малошумлячого шдсилювача, призначеного для роботи в1д емшсного датчика. Принципова схема шдсилювача наведена на рис. 1.
Перший малошумлячий каскад, з1браний на чотирьох транзи-
12*
179
сторах, був виконаний у трьох вар1антах; параметри транзистор1в шдбирали з допустимим розкидом для даного типу. Дан! транзи-CTopiB наведен! у табл. 1.
Т а б л и ц я 1
Параметри транзистор1в, замфяш до ¡ п!сля старшня
Екземпляр № 1
№ транзис- TopiB Тх т2 Т3 т4
а до старшня п1сля старшня 0,91 0,967 0,972 0,967 0,973 0,972 0,969 0,966
1кй мка до старшня шсля стар1'ння 2 1,1 1 0,6 1 0,4 1 0,4
Л22-10-6 ммо до старшня ш'сля стар! пня 1,1 1,12 0,6 0,76 0,5 0,6 0,5 0,61
Екземпляр № 2
№ транзис- TOpÍB Тг т2 Т3 т*
а до CTapÍHHH п1сля старшня 0,981 0,984 0,981 0,981 0,99 0,99 0,985 0,985
мка до CTapÍHHH шсля старшня 1 0,8 1 1 1 0,8 1 1
л22 - ю-6 ммо до стар1ння шсля CTapÍHHH 0,5 0,45 0,6 0,6 0,4 0,4 0,3 0,35
Екземпляр № 3
№ транзис- TopiB Ti Т2 Т3 т4
а до CTapÍHHH шсля CTapÍHHH 0,994 0,991 0,994 0,993 0,994 0,994 0,992 0,991
1к0 мка до CTapÍHHH шсля CTapÍHHH 1 0,6 1 0,4 1 1 1 1
fo22-10—« ммо до CTapÍHHH шсля CTapÍHHH 0,2 0,4 0,3 0,35 0,2 0,3 0,3 0,35
Осюльки шдсилювач розраховувався для роботи в облает 1 низьких частот, то величина струму емкера перших двох тран-зистор1в, що визначае граничну частоту надмйрного шуму, була взята м!шмальною 1 дор1внювала 0,1 ма. При такому малому струм! ¡стотна термостабшзащя робочих точок транзистор1в. У схем! рис. 1 термостаб!л1зац1я здшснювалася комбшованим нега-тивним зворотним зв'язком по постшному струму \ по напрузь Блок-схема вим1рювання наведена на рис. 2.
Як додатковий шдсилювач використовували шдсилювач вольтметра МВЛ-3; для вим1рювання спектрального складу застосову-
Рис. 2. Блок-схема виьнрювання шум1в.
вали: в д1апазош 50—500 гц — ф1льтри низько'1 частота, в д1апазон1 0,5—20 кгц — низькочастотний спектрометр СКЧ-3 у режимах ручного пошуку, в д1апазош частот 10—50 кгц — ф1льтри спектрометра надзвукових частот типу СУЧ.
У вах випадках розраховувались штегральш смуги пропускания шдсилювача, тому що ф1льтри мали р!зн1 смуги.
Осюльки в межах смуги пропускания ф1льтр1в спектр шум1в р1зко змшювався, то було б помилкою зводити абсолютш р!вш шум1в, знятих на р1зних частотах, до одшеТ смуги, бо похибки об-числень дуже велик!. Тому на вах наведених графшах шд значениями середшх частот ф!льтр!в проставлен! вщповщш1м штегральш смуги пропускания шдсилювача.
Напруги шум1в, зведеш до входу шдсилювача для р!зних ек-в1валент1в та р!зних екземпляр1в вхщних каскад1в, визначали по р!вню вихщних шум1в, зам1ряних вольтметром середньоквадра-тичних значень (ВЗ-18),
п - вих^ /П
де Ки — коефЫент шдсилення тракту по напрузь
На рис. 3 зображеш крив! залежност! напруг шум!в вщ частота, знят! на початку дослщу (сущльш крив!) ! п!сля 2800 годин зберь
гання шдсилювача (пунктирш крив!). Для визначення сгиввщно-шення м1ж власними шумами транзистора та шумами активно! складово! вхщного ланцюга вим1рювали модуль та фазу вхщних опор1в уах трьох екземпляр1в вхщних каскад1в шдсилювача.
Вим!рювання Евх у д!апазош частот 50 гц — 50 кгц було необ-хщно для б1льш точного визначення напруги шум1в активно! складово! опору входного ланцюга, зведених до входу шдсилювача,
и,
шЯ,
- (У,
шН
(2)
де ишц — середньоквадратичне значения напруги шум]'в активно! складово! опору вхщного ланцюга в режим! холостого ходу; 1 — ошр вх!дного ланцюга шдсилювача. Для емшсного екв1валента значения знаходили по форму-л1 (2)
®в
де т = гс\ г = /?б2 = Яб +
5——=—- сумарний ошр в ланцюгу бази транзис-+
тора 7\ (див. рис. 1);
С — емшсть екв1валента.
Для активного екв1валента, який вмикався на вхщ шдсилюва-ча послщовно з конденсатором велико! емносп (400 мкф), ишц знаходили по формул! Найквюта для екв1 валентного опору
^екв —
дж
# б2 + Я.
дж
Власш шуми транзистора, зведеш до входу шдсилювача,
иш
трзв визначали з ршност!
и,
Ш ВХ£
шЯ,„ + и2
штрзв
(4)
Крив! залежноси власних шугшв транзистор1в В1'д частота для р1зних екв1валент1в шсля старшня наведен! на рис. 4.
На рис. 3 ! 4 наведен! результати, одержан! для вхщного каскаду з середшми з можливих значень параметр!в транзистор!в даного типу.
3 анал!зу граф!к!в для низьких частот 50—500 гц випливае:
1. Шуми п!дсилювача визначаються головним чином власними шумами транзистора. Абсолютна р!зниця середшх значень влас-
Ош, ш!
г}7Э 3.77 1,75 6 7.5
Рис. 3. Крив! залежноеи абсолютного р!вня шум1в шдсилювача, зведеного до входу, вщ частоти для р1зних екв1валент1в джерела сигналу:
а — д1апазон низьких частот; б — д!а-пазон звукових частот; в—дтпазон над-звукових частот; / — С=300 пф\ 2 — С=0,01 мкф- 3 — 16 К; 4 — С«= =0,5 мкф-, 5 — /?=0,39 ком-. 6 — С= = 20 мкф.
1&2ЯЗЗ,П1>П 6 7,5 9,5 ад/лги.
Рис. 4. Крив! залежное™ абсолютного р1вня власних шум1в транзистор1в В1Д частоти для р1зних екв!вален-т1в джерела сигналу:
а — д1апазон низьких частот; б — Д1апазон звукових частот; в — дтпазон надзвукових частот (цифров1 позначення так! ж, як на рис. 3).
них шум1в шдсилювача (рис. 3) пояснюеться р1зними величинами е^валешчв опору джерела сигналу
трзв —
ш гр
2 +
(5)
де ^штр — власш шуми транзистора в режим1 холостого ходу вхщ-ного ландюга.
2. Характер змши р1вня шум1в при зм!ш частота, а також пов'язано'1 з нею смуги пропускания говорить про те, що в цьому д1апазош частот переважае спад р1вня шум1в ¡з зростанням частота. Останне свщчить про те, що шум шдсилювача визначаеться надм1рним шумом транзистор1в.
3. Про вщносш змши у час! власних шум1в транзистор1в правильнее за все судити по кривих сшввщносними екв!валента 6, осюльки при цьому у всьому д!апазош частот сумарш шуми ви-значаються власними шумами транзистора. В середньому можна вважати, що власш шуми транзистор1в в обласи надм!рних шум!в за перюд старшня 2800 годин зросли в 1,5—2 рази.
4. Змщення мш1муму криво1 можна пояснити змнценням гранично! частота, до якоТ надм1рш шуми ¡стотш.
5. Для екв1валешчв 3 та 4 на частотах 80 та 170 гц також можна вважати, що сумарш шуми дор1внюють власним шумам, однак в цьому випадку абсолютний приркт набагато бшьший, нiж у ви-падку екв!валента 6. Це можна пов'язати з тим, що при збшьшенш опору джерела сигналу зменшуеться глибина негативного зворот-ного зв'язку, яким охоплений перший каскад. Тому вщносна змша шум1в виявляеться б!льш р1зко.
3 розгляду кривих для д!апазона частот 0,5—20 кгц вип-ливае:
1. Граничш частота надм1рних шум1в р1зняться для р1зних екв1валешчв джерела сигналу: чим бнлыие екв1валентний ошр джерела сигналу, тим вища частота.
2. Якщо сумарш шуми визначаються головним чином шумами е^валента джерела, розб1г у р1внях шум1в у процес1 старшня слщ вщнести за рахунок змши величини вхщного опору, а значить, 1 коефвдента передач! е. р. с. шум!в джерела сигналу до входу шдсилювача.
В шших випадках змши р1вня шуму для частот вщ 8 кгц та вище повинш визначатися змшами терм1чних та дробових шум1в, зо-крема змшою гб та струму 1Ко. Даш табл. 1 свщчать, що величини параметр!в транзистор1в шсля старшня а; Л22; практично не змшилися, тому змши р!вня шум1в головним чином визначаються змшою вхщного опору. В [3] ведм1чаеться, що активна складова провщносп ем1тер — база дифузшних транзистор1в головним чином обумовлена рекомбшашею носив на в1льшй поверхш бази та ефектом розтшання останшх вздовж бази до п зовшшньо1 клеми. Також в!домо, шо вхщна провщшсть та /*<> малошумлячих тран-зиcтopiв П13Б змшюються у час1 (вхщна провщшсть падае, а 1к0 зростае).
Результати цих праць шдтверджують висновок даноК статп, що змши шум1в у час1 обумовлеш головним чином поверхневими явищами та можуть бути пояснен! змшою вхщного опору. Зб1ль-
шення активно! складовоТ вхщного опору приводить до зб1ль-шення власних шум1в транзистора, а збшьшення модуля вх!дного опору — до зб1лынення шум1в активно! складово! опору вхщного ландюга, зведених до входу.
Характер змш шум1в в 4aci у розглядуваному д!апазош частот для шших екземпляр1в, що дублюють вхщний каскад, залишався тим же, що i в наведеному; р!знилися лише абсолютш значения
шум1в (—50--1-80%). Сумарна похибка вим!рювання дор1вню-
вала 20%.
Л1ТЕРАТУРА
1. Потрясай В. Ф., Рыжов А. С., С у т я г и н В. Л. Шумы транзисторов.— Сб. «Полупроводниковые приборы и их применение». Под. ред. Я. А. Федотова. «Советское радио», 1960, вып. 5.
2. Криксунов В. Г. Низкочастотные усилители. Гостехиздат УССР, 1961.
3. Мигулин И. Н., Чаповский М. 3. Зависимость входной проводимости транзисторов от температуры тока коллектора. — «Радиотехника и электроника», 1963, № 12.
Р. А. КАРПЕНКО, В. И. ЗАГАН
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТАРЕНИЯ НА ШУМЫ ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ
Краткое содержание
Анализируются шумы транзисторного усилителя с комбинированной обратной связью после длительного его хранения (2800 часов). Показано, что в результате хранения усилителя шумы его возросли. Изменения уровня шума усилителя связываются с изменением во времени входной проводимости транзисторов.
R. A. KARPENKO, V. 1. ZAGAN
AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE EFFECT OF AGING ON THE NOISE OF A TRANSISTOR AMPLIFIER
Summary
The noise of a combined feedback amplifier after long storage (2800 hours) is analysed. It is shown, that as a result of the amplifier storage its noise has increased. The change of the noise level of the amplifier is connected with the change of the transistor input addmitance with time.
