В полевом транзисторе действуют три основных вида шумов:

1. Полный дробовой шум, вызываемый током утечки затвора.

2. Напряжение теплового шума, генерируемое в проводящем канале и модулирующее толщину обедненного слоя.

3. Шум генерации-рекомбинации в обедненном слое; величина этого шума обратно пропорциональна частоте, и он также модулирует толщину обедненного слоя.

Ток дробового шума, обусловленный случайными изменениями плотности носителей, собираемых по обе стороны перехода, определяется выражением

(2.54)

где i3 — прямой или обратный ток затвора; q — заряд электрона, равный 1,6019- 10-19 к и Df — эффективная ширина полосы шумов, гц. В униполярном полевом транзисторе, который обычно работает при обратном смещении на затворе, обратный ток перехода может изменяться от 10~8 до 10-10 а. В приборе с поверхностным барьером ток i3 очень мал, порядка 10-15 а или менее, так что этим источником шума можно пренебречь, так как он не является определяющим.

Как показал Ван дер Зил [2.2], тепловой шум, генерируемый в проводящем канале, приблизительно эквивалентен шуму, 'создаваемому внешним сопротивлением в цепи истока, равным l/gm . Напряжение теплового шума в таком резисторе дается выражением

(2.55)

Генерационно-рекомбинационный шум в обедненном слое существенно изменяет выражение (2.55) для напряжения теплового шума; чтобы учесть его, надо в предыдущее уравнение ввести член, зависящий от 1/f:

(2.56)

где fгрнижн — частота нижней границы полосы. Эти физические механизмы позволяют охарактеризовать полевой транзистор так называемым двухгенераторным методом. Основная теорема этого метода гласит, что любой активный линейный четырехполюсник можно представить последовательным генератором напряжения шума и параллельным генератором шумового тока, присоединенными к входу идеального четырехполюсника, не содержащего источников шумов. Данный способ исследования шумовых свойств годится только для случая малого сигнала, однако поскольку шумовые сигналы обычно слабы, никаких трудностей здесь не возникает. Величина g представляет собой коэффициент корреляции между двумя источниками шумов, с помощью которого учитывается наличие или отсутствие влияния этих источников друг на друга. Если g равно 1, между выходами обоих генераторов имеется функциональная связь. Если же g равно нулю, генераторы совершенно не зависят один от другого.

К счастью, в полевом транзисторе имеет место слабая корреляция между дробовым шумом, обусловленным током утечки затвора, и тепловым шумом в канале. Величины еш и iш можно измерить непосредственно, однако измерение iш осуществить очень трудно. Для измерения е вывод затвора . полевого транзистора соединяют с истоком через малое сопротивление, предпочтительно через короткозамыкающую перемычку, удовлетворяющую следующим условиям:

Первое условие гарантирует, что все напряжение шума еш будет приложено ко входу усилителя, второе ограничивает величину тока сигнала, обусловленного источником iш. Выходной ток полевого транзистора содержит шумовую компоненту, которая представляет собой произведение эффективного напряжения теплового шума, генерируемого в канале и обедненном слое, на величину gm- Следовательно, чтобы найти еш, надо просто поделить результат измерения на gm:

(2-57)

Известно, что у полевого транзистора 2N2500 величина fгрнижн равна 32 кгц. Наличие этих данных позволяет с помощью уравнения (2.57) достаточно точно определять эквивалентное входное напряжение шума этого и, вообще говоря, большинства других полевых транзисторов, изготовляемых двойной диффузией. Не следует только путать величину fгрнижн с граничной частотой коэффициента шума.

При измерении iш необходимо разомкнуть входную цепь транзистора настолько, чтобы сопротивление Rразомкн при этом удовлетворяло следующим условиям: