Schaltungstechnik

5.1 Eigenschaften und Kennlinien von Bip.-Transistoren 277
5.1.5 Rauschen eines BJT-Verstärkers
Wie bereits in Abschnitt 4.1.4 ausgeführt, weisen Halbleiterbauelemente innere
Rauschquellen auf, die zu einem Zusatzrauschen führen und damit die Rauschzahl
des Verstärkers verschlechtern. Insbesondere in Anwendungen, wo sehr schwache
Signale verstärkt werden sollen, spielt das Rauschverhalten eine wichtige Rolle.
Da es sich beim Rauschen immer um kleine Signale handelt, ist die Rauschanalyse
der AC-Analyse dem gegebenen Arbeitspunkt zugeordnet. Allerdings handelt es
sich beim Rauschen um statistisch verteilte Signale, so dass die spektrale Rauschleistungsdichte
zugrunde gelegt werden muss. Es soll nunmehr die Verstärkerschaltung
von Bild 5.1-23 mit Rauschquellen betrachtet werden. Zur Vereinfachung
bleiben die Sperrschichtkapazität Cc , der Sperrwiderstand rc , die Diffusionskapazität
Cb und der Early-Widerstand r0 unberücksichtigt.
I 2 R
L
c
R
G : wirksamer Generatorwiderstand
U
R : wirksamer Lastwiderstand
2
L
1
U 1
R G
2
IrB r b
Bild 5.1-24: AC-Ersatzschaltbild einer Verstärkerstufe mit inneren Rauschquellen
df
Der Bipolartransistor bringt drei Rauschquellen ein. Der Basisbahnwiderstand
weist Widerstandsrauschen auf. Im Arbeitspunkt liegt dem Basisstrom I B (A)
Schrot-rauschen und Funkelrauschen zugrunde, dem Kollektorstrom Schrotrauschen:
2
IrB 2
IrC
df
= 2 q IB A AAF + KF IB f;
A df
=
2 q IC; Dabei ist q die Elementarladung, KF ist eine Prozesskonstante und AF ist der
Exponent für Funkelrauschen. Typischerweise ist AF = 1. Die Leistungen der einzelnen
Rauschbeiträge summieren sich am Ausgang und ergeben am Knoten 2 die
mittlere äquivalente Rauschspannung U r,ges . Jeder einzelne Rauschbeitrag wird
durch das Netzwerk bewertet.
Der Verstärker möge eine äquivalente Rauschbandbreite B r aufweisen. Dann
ergeben sich die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Rauschbeiträge mit
deren Bewertungen am Summenpunkt am Ausgang. Um frequenzunabhängige
spektrale Rauschbeiträge zu erhalten, wird der Einfachheit halber der Beitrag des
r e *
I e
gm Ub'e 2
IrC
df
r
e = re 0+ 1
(5.1-8)