УДК 621.383.06
ГАРНАКЕРЬЯН А.А., ОСАДЧИЙ Е.Н.,
металлизации затвора. Будем предполагать, что с помощью внешних
ЧЕРВЯКОВ Г.Г.
подстроечных элементов во входной цепи созданы параллельные контуры,

настроенные на частоты w1 и wп, а в выходной цепи контур, настроенный
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ В ФОТОПРИЕМНИКАХ
на частоту wп.

Так как в первом режиме ФП на ПТ эквивалентен каскадному
Таганрогский государственный радиотехнический университет,
включению диодного фотоприемника на ДБШ и усилительного каскада на
ТРТУ, каф.РТЭ, 8634 37-16-29, fep@tsure.ru
ПТ, коэффициент шума определяется выражением

2
2
-
2
Вопросам применения ПТШ в фотоприемниках посвящено
F =1+ n g
{
+ 1
( + m+ g ) m
1
[ - m 1
( +
1 сн
сн
(1)
значительное количество публикаций в которых, однако, отсутствуют
-2
1
-
-2
+ g
2
1
)( + g )
+ g
g
(
+ F
( G + g
M
)
)]},
исследования основного параметра фотоприемников - шумов. Вместе с
сн
сн
0
п
s к
нт
u
тем этот параметр ПТШ в случае фотоприема может быть достаточно
которое отличается от выражения для ДБШ дополнительным членом
строго проанализирован на основе имеющихся результатов.
- 1
- 2
g
( g
+ ( F G
+ g
) M
) , характеризующим шумы сопротивлений
При воздействии на ПТШ модулированного света синхронно с
0
п
s
к
нт
u
потерь контуров ПЧ в цепях затвора и стока и шумы канала транзистора.
частотой w1 изменяется концентрация неравновесных носителей, которая
Здесь, и далее:
- коэффициент усиления ПТ по
приводит к появлению переменной составляющей тока стока I
M = S /(G + g
)
u
к
нт
c,
обусловленной двумя эффектами: фотопроводимостью (фоторезистивный
напряжению,
2 2
g = ( + )w С
п
и
r
з
r
п
- резонансная проводимость контура в цепи
зи
эффект) и модуляцией толщины обедненной области.
затвора, настроенного на ПЧ, обусловленная сопротивлениями r
Средние квадраты значений всех составляющих токов затвора и
з и rи
эквивалентной схемы ПТ,
,F
стока получены в терминах геометрических и физических параметров ПТ и
g
= g / g .
сн
с
0
s - шум-фактор ПТ, учитывающий
безразмерных потенциалов. При укорочении затвора модуль коэффициента
переменное сечение канала и частичную корреляцию шумов затвора и
корреляции стремится к единице и можно считать, что в ПТ кроме
стока,
2 2
g
= ( + )w С
нт
и
r
с
r
п си - нагрузка на выходе ПТ.
источников теплового шума, создаваемых омическими сопротивлениями
Анализ формулы (1) показывает, что при учете потерь в выходном
областей затвора, истока и стока, следует учитывать два источника
контуре ФП и проводимости нагрузки коэффициент шума ФП на ПТ будет
шумового тока: в цепи затвора и в цепи стока.
меньше коэффициента шума диодного ФП, использующего переход
В ФП на ПТ можно реализовать три принципиально разных режима
2
работы:
затвора, если выполняется условие g
> (G + g ) / M ,
нд
к
нт
u где gнд -
1. Преобразование частоты w
проводимость нагрузки диодного ФП. Из этого следует, что в ФП на ПТ
1 происходит в p-n-переходе (барьере
Шоттки) затвора, а напряжение промежуточной частоты усиливается ПТ.
возможно некоторое увеличение отношения с/ш за счет уменьшения
2. Преобразование частоты происходит за счет взаимодействия
влияния шумов нагрузки в цепи стока в общем фоне шумов.
токов сигнала и гетеродина в канале (открывание перехода затвора за счет
В ФП на ПТ с преобразованием частоты в канале ПТ (второй режим
накачки не происходит).
работы) процесс преобразования становится невзаимным (невозможно
3. Переход затвора используется только для выделения напряжения
обратное преобразование ПЧ в частоту модуляции света). В этом режиме
с частотой w
переход затвора работает в режиме прямого фотодетектирования с
1 а усиленный сигнал МП взаимодействует с гетеродином на
нелинейности стоковой характеристики.
выделением огибающей модуляции света. При этом на затворе действует
Для анализа шумовых свойств ПТ используем общепринятую
малое напряжение с частотой w1 и большое напряжение с частотой
физическую эквивалентную схему, содержащую: Сзи, Сзс, Сси -
гетеродина w2.
электродинамические межэлектродные емкости транзисторной структуры;
В этом случае коэффициент шума определяется формулой
Gк -проводимость канала; управляемый источник, моделирующий процесс

3
2
F = 1 + 2I / I
+ 2j / I [g + ( G + g + g ) /
] . (2)
переноса носителей тока от истока к стоку; r
s
01
т
01 c
s
F
к
п
н
1
S
c, rи - сопротивления
2 2
необедняемых частей канала со стороны стока и истока; r
где g = ( + )w С
c
и
r
з
r
1 зи -резонансная проводимость контура сигнала в цепи
з -сопротивление

затвора;
2 2
g = ( + )w С
п
и
r
с
r
п си - резонансная проводимость контура ПЧ в цепи
стока; gн - проводимость нагрузки в цепи стока.
Из (2) видно, что коэффициент шума уменьшается с ростом
постоянной составляющей тока затвора I01 (за счет возрастания доли
дробовых шумов фотогенерации носителей тока в переходе затвора в
общем шуме ФП) и крутизны преобразования S1 .Для уменьшения
коэффициента шума необходимо также уменьшать потери в контурах
сигнала gc и промежуточной частоты gп.
ФП с преобразованием частоты на нелинейности стоковой
характеристики ПТ (третий режим работы), когда напряжение гетеродина
подается в цепь стока (в отличие от первых двух режимов, когда оно
подавалось в цепь затвора), эквивалентен каскадному включению прямого
фотодетектора на ПТ, выделяющего и усиливающего огибающую света и
смесителя на двухполюсной нелинейной проводимости. Для ПТ с
изолированной
подложкой
структура
транзистора
симметрична
относительно истока и стока. Специфика проводимости такого канала
состоит в том, что при отсутствии постоянного напряжения на стоке
амплитуды всех нечетных гармоник проводимости канала равны нулю, т.е.
преобразование частоты происходит на четных гармониках гетеродина.
Коэффициент шума ФП в данном режиме
2
2
F = i
/ i
= 1 + 2I / I
+ 2j g / I
g
{
шкз
шс
s
01
т 0 01 сн +
(3)
2
2
2
2
2
+ g [g
+ 1
( + m ) 1
( - m ) / m ] / S } .
сн нн
2
2
2
н
где
= S/ g ;m = g / g ;g
= g / g .
н
S

0
2
2
0 нн
н
0
Из анализа формулы (3) следует, что для уменьшения коэффициента
шума ФП необходимо уменьшать потери в контурах gсн и gнн (включая
уменьшение проводимости нагрузки по ПЧ) и стремиться к выполнению
условий m2 1 и I01>>Is.
Сопоставительный анализ трех возможных режимов работы ФП на ПТ
показывает, что при возможности получения большого усиления ПТ на
частоте w1 целесообразно использовать режим с преобразованием частоты
с использованием нелинейности стоковой характеристики. При этом
частота гетеродина может быть уменьшена в два раза за счет
преобразования на второй гармонике. Если ПТ обладает плохими
усилительными свойствами на частоте w1 и хорошими на частоте wп
можно использовать первый и второй режимы, причем второй режим
предпочтителен, так как в нем переход затвора в течение всего периода
гетеродина заперт и меньше дробовые шумы в цепи затвора.