7.4. Коэффициент шума каскада на триодах, включенных по каскодной схеме ОК-ОС

7.4.1. Источники шума каскодной схемы

В электронной лампе - триоде на высоких частотах шумы обусловлены в основном двумя источниками: источником дробовых шумов и источником наведенных шумов (рис. 7.9).

Дробовые шумы являются следствием неоднородности потока электронов в лампе. Характеристики дробового шума сходны с характеристиками тепловых шумов. Дробовые шумы зависят от величины анодного тока. Однако в настоящее время применяются - лампы с высокой эмиссионной способностью катодов, благодаря чему вблизи катода создается пространственный заряд, который действует как резервуар электронов, способствуя образованию равномерного потока электронов. Квадрат действующего значения дробового шумового тока триода равен

где е = 1,6×10^-19 - заряд электрона, Кл;

I_{а 0} - постоянная составляющая анодного тока триода в выбранном режиме, А; Г - коэффициент депрессии, учитывающий действие пространственного заряда [46];

k = 1,37×10^-23 Вт×с/град - постоянная Больцмана;

Т_к - абсолютная температура катода (для триодов ГС-11 и ТМ-1 T_к = 1000 К); s - крутизна статической характеристики триода, А/В.

Подставляя (7.34) в (7.33), получим

При T_k = 1000К

Рис. 7.9. Электронная лампа - триод с источниками шумов

Наведенный сеточный шум обусловлен пролетным эффектом, состоящим в наведении заряда на сетке при движении электрона вблизи нее и, следовательно, в образовании флуктуаций сеточного тока. Шумовая составляющая наведенного тока, появившаяся в результате пролетного эффекта [47], определяется по формуле:

где f - частота, Гц; γ_H = 0,51×10^-7 √B⋅с/см (для ламп с плоскопараллельной конструкцией); r_ск - расстояние сетка - катод, см; U_c1 - эквивалентный потенциал, В, действующий в плоскости сетки; U_c1 ≈ U_c0 + DU_{a 0}; U_{с 0} - напряжение на сетке относительно катода в рабочей точке; U_{a 0} - напряжение на аноде; D - проницаемость лампы.

Рис. 7.10. Эквивалентная схема усилительного элемента - каскодной схемы ОК-ОС с источниками шумов

Наведенные шумы должны быть полностью коррелированы с дробовыми шумами, поскольку причиной сеточного шума являются те же флуктуации эмиссии катода. Однако, как показано экспериментально рядом исследователей, между дробовыми и наведенными шумами не существует полной корреляции. В некоторых случаях не коррелированная составляющая достигает 70% коррелированной составляющей шумового тока сетки [48].

Таким образом, в усилительном элементе - каскодной схеме ОК - ОС в общем случае имеется четыре внутренних источника шумов: два источника дробовых шумов и два источника наведенных шумов (рис. 7.10)^*.

^* (В эквивалентной схеме (рис. 7.10) емкости С'_ск и C"_cа отнесены к передающим линиям. )

Нетрудно показать, что для титанокерамических триодов на два порядка меньше i²_др. Действительно, если взять отношение (7.37) и (7.35) при реальных для ГС-11 величинах r_ск = 2,5×10^-3 ом, U_g1= 1,25В и частоту 500 МГц, то получим

Поэтому источником наведенного шума второй лампы вполне можно пренебречь по сравнению с источником дробового шума первой лампы, поскольку оба источника включены в одну точку схемы УЭ. Источником наведенных шумов первой лампы также можно пренебречь, хотя и с меньшим основанием, поскольку мощность на выходе от действия этого источника формируется всеми усилительными элементами каскада, а его мощность в результате увеличивается, например, по сравнению с мощностью источника дробового шума 'второй лампы приблизительно в число раз, равное коэффициенту усиления каскада по мощности. Однако, как правило, коэффициент усиления по мощности не превышает 10 дБ, и составляющая F_ш от J'_H на порядок меньше составляющей от J"_др.

Таким образом, на коэффициент шума каскада УРУ на электронных лампах по каскодной схеме ОК - ОС основное влияние оказывают дробовые шумы, определяемые источником дробовых шумов второй лампы, сосредоточенном на внешних полюсах УЭ, и источником дробовых шумов первой лампы.

Из эквивалентной схемы (рис. 7.10) в режиме короткого замыкания входных и выходных полюсов имеем для J'_др:

где

J"_др