8 Zg Tranzistoarele Bipolari

În tranzistoarele bipolare vom întâlni, ca şi în diodele semiconductoare, atât zgomote termice, cât şi zgomote de alice. În plus, datorită caracterului aleator al procesului de distribuţie a curentului de emitor în curent de colector şi curent de bază, în tranzistorul bipolar apar şi zgomote de distribuţie. Zgomotele termice ale tranzistorului bipolar apar atât în domeniul bazei, cât şi în domeniul emitorului şi cel al colectorului. În practică însă, deoarece emitorul şi colectorul sunt mult mai bogat dopaţi decât baza, vom lua în considerare numai zgomotele termice datorate rezistenţei de volum a bazei, rB : 2 u zB  4kTrB Be .

(2.33)

Neglijând curentul invers de emitor şi de colector, zgomotele de alice din circuitul de emitor pot fi atribuite doar componentei de curent continuu a curentului de emitor: 2 izE  2eBe I E . (2.34) În cazul unui proces riguros de recombinare a purtătorilor în bază, zgomotele de alice din circuitul de colector şi cel de bază vor fi statistic dependente, provenind din I zE , determinându-se cu relaţiile:

i  i 2 ' zC

i 

2 ' zB

 0   2eBe I E 02 ; 2

zE

  izE  1   0  

2

(2.35)

 2eBe I E  1   0  . 2

(2.36)

Zgomotul de distribuţie, datorat caracterului haotic al procesului de recombinare din bază, cunoscut şi sub denumirea de zgomot de licărire (atribuit haosului din dinamica sistemelor) şi a cărui putere scade odată cu frecvenţa (zgomot 1 f sau zgomot roz), se poate determina ca: izd  izC izB , rezultând:

2 izd2  izE  0  1   0   2eI E Be  0  1   0  .

(2.37) (2.38)

Injecţia purtătorilor prin bariera de potenţial şi recombinarea acestora în bază reprezintă procese aleatoare independente statistic, fapt pentru care, în circuitul exterior al colectorului şi al bazei vom avea un curent de zgomot a cărui valoare medie pătratică va fi:

2 ' izC   izC   izd2  2eI E Be  0 2

(2.39)

2 ' izB   izB   izd2  2eI E Be  1   0  . 2

(2.40)

Se poate demonstra că aceşti doi curenţi sunt statistic independenţi. Pentru aceasta presupunem procesul aleator: izE  izC  izB ,

(2.41)

a cărui valoare medie pătratică va fi: 2 M  izE  M

sau:

i

zC

 izB 

2

  M  i   M  i   2M  i 2 zE

2 zE

zC

izB 

2eI E Be  2eI E Be  0  2eI E Be  1   0   2M  izC izB 

(2.42) (2.43)

de unde rezultă că funcţia de corelaţie a proceselor aleatoare izC , izB este zero: M  izC izB   0 .

(2.44)

Prin urmare cele două procese aleatoare nu sunt corelate statistic şi, deoarece au o distribuţie normală a amplitudinilor, se poate concluziona că ele sunt şi independente. Pe baza celor prezentate mai sus putem construi schema de zgomot a tranzistorului bipolar, prezentată în fig. 2.7, considerând toate sursele de zgomot în exteriorul tranzistorului ideal (care nu ia în considerare rezistenţa de volum a bazei), nezgomotos.

Fig. 2.7 Sursele de zgomot în tranzistorul bipolar Pentru a simplifica evaluarea performanţelor de zgomot ale oricărui circuit ce conţine tranzistoare bipolare este comod să plasăm toate sursele de

zgomot la intrarea tranzistorului real (care ia în considerare şi rezistenţa de volum a bazei), nezgomotos. În acest caz, schema echivalentă de zgomot a tranzistorului bipolar se prezintă ca în fig. 2.8.

Fig. 2.8 Schema echivalentă de zgomot a tranzistorului bipolar În această figură, generatorul de curent de zgomot iz ia în considerare zgomotele termice u zB , de alice şi de distribuţie izB , existente în circuitul bazei, toate aceste zgomote fiind atribuite parametrului conductanţă echivalentă de zgomot a tranzistorului bipolar Gz , care se poate evalua cu relaţia [ ]: 2

2

Gz  G 1  rBYg  rBt B Yg ,

(2.45)

e I B  20  V -1  I B  A  , t B  T T0 - temperatura relativă a 2kT0 bazei, T - temperatura absolută a rezistenţei de volum a bazei rB , Yg conductanţa internă a sursei de semnal, conectată la bornele de intrare ale tranzistorului, I B - componenta continuă a curentului de bază. În aceste condiţii, valoarea medie pătratică a curentului de zgomot iz , va fi: iz2  4kt BT0 Be Gz . (2.46) unde G  S 

Generatorul de tensiune de zgomot u z , ia în considerare zgomotele de alice şi de distribuţie din circuitul de colector izC , transferate în circuitul de bază prin intermediul admitanţei de transfer direct a tranzistorului conectat în montaj emitor comun Y21 : 2 izC 2eI E Be  0 2 uz    4kT0 Be Rz . (2.47) 2 2 Y21 Y21

Pentru comoditate, aceste zgomote vor fi atribuite parametrului rezistenţă echivalentă de zgomot a tranzistorului bipolar în montaj emitor comun Rz : Rz 

e I E 0 I  2  20  C 2 . 2kT0 Y21 Y21

(2.48)

Dacă tranzistorul este conectat în montaj bază comună, se va folosi rezistenţa echivalentă de zgomot Rzb [ ]: 2

Y21b Rzb  Rz 1  , Y11b  Yg

(2.49)

unde Y11b , Y21b sunt parametri interni ai tranzistorului în montaj bază comună. Valoarea medie pătratică a tensiunii echivalente de zgomot ce acţionează la intrarea tranzistorului real, nezgomotos, luând în considerare cele două surse,