Кроме тепловых в любом РПрУ существуют шумы активных приборов.
В полупроводниковом диоде есть три шумовые составляющие:
1) Тепловой шум омического сопротивления открытого р-n - перехода. Его мощность определяется выражением:
2) дробовый шум; его причина - это дискретный характер тока в единицу времени. Его мощность определяется формулой Шоттки:
,
где е - заряд электрона, I0- средний ток через p-n - переход;
3) избыточный шум (фликер-шум); этот шум в области низких частот и мощность его обратно пропорциональна частоте
В результате эквивалентная шумовая схема полупроводникового диода:
3.1. Шумы биполярных и полевых транзисторов
Биполярные транзисторы:
1) тепловой шум объемного сопротивления базы: ;
2) дробовой шум эмитерного перехода: ;
3) дробовой шум коллекторного перехода: ,
где Iко - обратный ток на коллекторе;
4) шум рекомбинации или токораспределения; его причина - случайный характер рекомбинации электронов и дырок в базе транзистора.
, где a - коэффициент передачи транзистора по току в схеме с общей базой;
5) фликер-шум, или избыточный шум: i2ш.фл.ср..
В результате можно построить эквивалентную шумовую схему биполярного транзистора:
Основные источники шумов в полевом транзисторе:
1) тепловой шум токопроводящего канала;
2) дробовой шум тока утечки затвора;
3) тепловой шум объемного сопротивления стока и истока транзистора.
Шумовые параметры полевых транзисторов гораздо лучше, чем у биполярных.
3.2. Коэффициент шума четырехполюсника (ЧП)
; ; .
-коэффициент шума ЧП. Þ , .
F=(Pc.вых/Pш.вых.)/(Pc.вх./Pш. вх.).
3.3. Шумовая температура
Стандартный коэффициент шума ЧП – (F0) - это величина коэффициента шума, при условии что ЧП находится при температуре окружающей среды.
При этом источник шума также имеет температуру: T = 300оК.
Тогда связь стандартного и реального коэффициента шума определяется:
,
где tи = Ти / T0 - относительная шумовая температура источника,
Т0@ 300о К, F0 - стандартный коэффициент шума ЧП.
Примером пассивных ЧП являются входные цепи (разрядник защиты приемника, режекторные фильтры, вентили, циркуляторы, сам фильтр).
Для пассивного ЧП: Þ коэффициент шума этого ЧП: Fп = 1/Kp, где Kp < 1.
Коэффициент потерь ЧП: Lп @ 1/Kp Þ Fп = Lп.
3.4. Коэффициент шума каскадно включенных ЧП
Þ
, Þ Из этого выражения следует, что основной вклад в величину коэффициента шума вносят первые каскады.
Шумовая температура n- каскадного ЧП:
.
3.5. Внешние шумы и помехи
Они могут иметь естественную природу, либо это специально организованные помехи. Допустим, что антенна находится в состоянии термодинамического равновесия с окружающей средой (TА = T0). Тогда мощность шумов определяется:
,
где: RА - шумовое сопротивление антенны: , где RS - сопротивление излучения антенны, вызвано всем внешним излучением, его величина зависит от направленных свойств антенны; RП- сопротивление потерь антенны, определяется технологией изготовления антенны.
Если антенна не находится в состоянии термодинамического равновесия (в общем случае), то: ,
где: - относительная шумовая температура антенны:
.
При этом величина tA - может быть как >1, так и <1.