Оптичні приймальні пристрої (стр. 3 из 3)

Вхідний каскад на біполярному транзисторі. Знайдемо вирази для спектральної щільності шумів вхідного каскаду підсилювача на біполярному транзисторі, що включений за схемою з загальним емітером (рис. 7).

На наведеній схемі RН та RК – резистори навантаження фотодіода та транзистора відповідно. Еквівалентна шумова схема каскаду має міжелектродні ємності Сбе та Сбк, опір бази rдинамічні опори емітерного rбе та колекторного rбк переходів, а також джерело струму сигналу, яке управляється напругою –gmUбе, gm – крутизна характеристики транзистора в робочій точці.

Основними джерелами струму біполярного транзистора є такі:

- дробовий струм бази, І2б та дробовий шум струму колектора I2к;

-

теплові шуми U2б опору бази rб.

Спектральні щільності цих шумів дорівнюють: дробовому шуму постійної складової струму бази

,(17)

дробовому шуму постійної складової струму колектора

,(18)

тепловому шуму послідовного опору бази (В2/Гц)

(19)

Спектральна щільність еквівалентного шумового струму вхідного каскаду підсилювача знаходиться приведенням усіх джерел шуму до його входу, при цьому береться до уваги те, що джерела струму некорельовані

,(20)

де Y’1=j

Cдм; Y1=rбе+j C1; C1=Cдм+Сбе+Сбк;

gm=qIk/kT; rбе=bkT/qIk; b=Ik/Iе,- коефіцієнт підсилення по струму;

Y21@gm.

Підставляючи у (20) відповідні значення його складових (16) – (19), перетворюючи (20), маємо

,(21)

де а0 = 2qIб; а2 = 4кТ(С21/2gm+С2дмrб).

Еквівалентний шумовий струм може бути знайдений інтегруванням (21) у смузі частот [0,Ґ]

,(22)

де b1 = а0, b2 = 4p2а2,I1, I3 - інтегральні коефіцієнти, що залежать від вигляду нормованої амплітудно–частотної характеристики підсилювача.

Існує оптимальний струм колектора, при якому шуми біполярного транзистора є мінімальними, він дорівнює

.

Спектральна щільність напруги вхідного каскаду на біполярному транзисторі у колі зворотного в разі його наявності має вигляд

.

При швидкостях передачі, що не перевищують 50 Мбіт/с, або для смуги частот менше 20–50 Мгц у вхідних каскадах оптичних приймальних пристроїв доцільно використовувати польові транзистори, як такі, що мають високий вхідний опір та низькі рівні шумів. При більш високих швидкостях передачі та більш широких смугах частот кращі шумові характеристики мають попередні підсилювачі на біполярних транзисторах.