Шум электроника: Что такое электрический шум, и откуда он появляется?

Содержание

Основные виды шумов в электронных полупроводниковых приборах

Для цитирования:

Гребенюк К. А. Основные виды шумов в электронных полупроводниковых приборах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2012. Т. 12, вып. 1. С. 63-65. DOI: 10.18500/1817-3020-2012-12-1-63-65

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

Полный текст в формате PDF(Ru):

(загрузок: 247)

Язык публикации:

русский

Рубрика:

Методический отдел

УДК:

621.382:621.391.822

DOI:

10.18500/1817-3020-2012-12-1-63-65

Авторы:

Гребенюк Константин Александрович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

Аннотация:

Проведен анализ основных подходов к классификации внутренних электрических шумов в электронных полупроводниковых приборах. Представлены классификации электрических шумов по каждому из выделенных признаков.

Ключевые слова:

тепловой шум

фликкер-шум

гауссовский шум

белый шум

частотный шум

Список источников:

Ван-дер-Зил А. Шум. Источники, описание, измерение. М. : Сов. радио, 1973. 229 с.
Ван-дер-Зил А. Флуктуационные явления в полупроводниках. М. : Изд-во иностр. лит., 1961. 232 с.
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М. : Мир, 2003. 704 с.
Ван-дер-Зил А. Флуктуации в радиотехнике и физике. М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1958. 296 с.
Шумы в электронных приборах / под ред. Л. Д. Смуллина, Г. А. Хауса. М. ; Л. : Энергия, 1964. 484 с.
Хорстхемке В., Лефевр Р. Индуцированные шумом переходы : теория и применение в физике, химии и биологии. М. : Мир, 1987. 400 с.
Хованова Н. А., Хованов И. А. Методы анализа временных рядов. Саратов : Изд-во Гос. учеб.-науч. центра «Колледж», 2001. 120 с.
Корнилов С. А., Савшинский В. А., Уман С. Д. Шумы клистронных генераторов малой мощности. М. : Сов. радио, 1972.
Шумовые свойства ламп обратной волны со скрещенными полями / А. А. Игнатьев, М. Н. Куликов, В. С. Стальмахов, А. С. Шаповалов. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1983. 92 с.
Бычков С. И., Буренин Н. И., Сафаров Р. Т. Стабилизация частоты генераторов СВЧ. М. : Сов. радио, 1962. 376 с.
Голант М. Б., Бобровский Ю. Л. Генераторы СВЧ малой мощности : Вопросы оптимизации параметров. М. : Сов. радио, 1977. 336 с.
Гольдман С. Гармонический анализ, модуляция и шумы. М. : Изд-во иностр. лит-ры, 1951. 408 с.
Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. М. : Мир, 1986. 398 с.
Гусев А. П., Каплун З. Ф. Экспериментальное исследование высокочастотных кварцевых генераторов // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1989. Вып. 9. С. 14–17.
Зырин С. С., Котов А. С. Высокостабильный сверхмалошумящий транзисторный СВЧ-генератор // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1991. Вып. 7. С. 26–30.
Гвоздев Б. И., Ештокин В. Н., Зырин С. С., Пелевин А. И. Частотные шумы твердотельных генераторов в режимах комбинированной параметрической и электрической стабилизации частоты // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 4. С. 24–28.
Зырин С. С., Мишулин Л. Е., Котов А. С., Карпен- ко В. П., Котовщиков С. Г. Малошумящий СВЧ- генератор с компенсацией нестабильности частоты с помощью цифрового устройства // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1989. Вып. 4. С. 6–9.
Ри-Бак-Сон. Исследование низкочастотного автогенератора СВЧ // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1983. Вып. 5. С. 26–27.
Минаев М. И. Автоматическая подстройка частоты мощных генераторов СВЧ с внешней дополнительной обратной связью // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1983. Вып. 4. С. 52–53.
Иванов Е. Н., Царапкин Д. П. Малошумящий автогенератор 8-мм диапазона // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1991. Вып. 7. С. 17–18.

1/f-шум: понимание и методы борьбы

В этой статье дается определение фликкер-шума (1/f-шума), а также рассматриваются способы его уменьшения в прецизионных измерительных схемах. 1/f-шум не может быть удален с помощью обычной фильтрации, но его можно ограничить и обеспечить высокую точность измерений.

Что такое 1/f-шум?

Фликкер-шум или 1/f-шум (1/f noise) – низкочастотный шум, плотность которого обратнопропорциональна частоте. 1/f-шум присутствует не только в электронике, но и в музыке, биологии и даже экономике [1]. В настоящее время продолжается обсуждение и проводятся многочисленные исследования источников происхождения фликкер-шума [2].

На рис. 1 представлен график спектральной плотности шума операционного усилителя ADA4622-2, на нем можно выделить две характерные области. Левая часть графика – область 1/f-шума, а в правой части графика преобладает широкополосный шум (broadband noise). Точка пересечения между областями 1/f-шума и широкополосного шума создает точку излома шумовой характеристики и характеризуется угловой частотой (1/f corner).

Рис. 1. Спектральная плотность шума операционного усилителя ADA4622-2

Как выполняется измерение 1/f-шума?

Сравнение графиков плотности шума различных операционных усилителей показывает, что частота, на которой происходит излом шумовой характеристики, не является постоянной величиной и зависит от модели конкретного ОУ. Чтобы объективно сравнивать компоненты по уровню шума, необходимо выполнять измерения в одинаковом диапазоне частот. Для низкочастотного шума стандартным является частотный диапазон от 0,1 Гц до 10 Гц. В случае с операционными усилителями шум в диапазоне от 0,1 Гц до 10 Гц может быть измерен с помощью схемы, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Измерение низкочастотного шума

В данной схеме операционный усилитель работает в режиме буфера с коэффициентом усиления 1, а его неинвертирующий вход подключен к земле. Для питания ОУ используется два источника, что позволяет обеспечивать нулевое напряжение на входе и выходе.

Активный фильтр ограничивает полосу пропускания и одновременно обеспечивает коэффициент усиления 1000. Это гарантирует, что шум от тестируемого устройства становится основным источником выходного шума в схеме. Смещение напряжения операционного усилителя не имеет значения, так как на входе фильтра стоит разделительный конденсатор.

Выход фильтра подключен к осциллографу. Пиковые значения напряжения измеряются в течение 10 секунд, чтобы обеспечить охват всего частотного диапазона от 0,1 Гц до 10 Гц (1/10 секунды = 0,1 Гц). Далее полученные значения делятся на величину коэффициента усиления 1000. На рис. 3 представлена осциллограмма шума операционного усилителя ADA4622-2. ADA4622-2 имеет очень низкий уровень шума в диапазоне от 0,1 Гц до 10 Гц – всего 0,75 мкВ p-p (от пика до пика).

Рис. 3. Шум в диапазоне от 0,1 Гц до 10 Гц, VSY = ± 15 В, G = 1000

Какое влияние оказывает 1/f шум?

Полный шум схемы складывается из шумов всех компонентов схемы. Пассивные компоненты являются источниками 1/f-шума, ток также имеет шумовую составляющую 1/f. Однако для низких сопротивлений 1/f-шум и токовый шум обычно слишком малы и ими можно пренебречь. Далее в статье будет рассматриваться только шум напряжения.

Чтобы рассчитать общий шум схемы, необходимо сложить 1/f-шум и широкополосный шум. Если частота излома шумовой характеристики лежит ниже 10 Гц, то в качестве 1/f-шума можно использовать значение, полученное в диапазоне от 0,1 Гц до 10 Гц. Если же частота излома шумовой характеристики лежит выше 10 Гц, то для расчета 1/f-шума необходимо использовать следующую формулу [3]:

где:

en_1Hz – плотность шума при 1 Гц,

fh – угловая частота шума 1/f (частота излома частотной характеристики),

fl – 1 / время апертуры (время величина).

Например, для ADA4622-2 значение fh составляет около 60 Гц. Задаем fl равным 1/время апертуры. Время апертуры – это общее время измерения. Если выбрать время измерения 10 секунд, то получится значение 0,1 Гц. Плотность шума при 1 Гц (en_1Hz) составляет приблизительно 55 нВ/?Гц. Тогда, воспользовавшись формулой, можно получить результат 139 нВ(rms) (среднеквадратичное значение) для диапазона от 0,1 Гц до 60 Гц. Чтобы перейти к пиковым значениям, необходимо умножить полученный результат на 6,6, что даст приблизительно 0,92 мкВ p-p (размах от пика до пика) [4]. Это примерно на 23% выше, чем значение, указанное в документации для диапазона от 0,1 Гц до 10 Гц.

Широкополосный шум можно рассчитать по следующей формуле:

где:

en – плотность шума при 1 кГц,

NEBW – эквивалентная полоса пропускания шума.

Коэффициент ослабления фильтра уменьшается достаточно плавно, поэтому, чтобы учесть влияние шума за границами частоты среза, используется эквивалентная полоса пропускания шума. Эквивалентная полоса пропускания шума зависит от количества полюсов и типа фильтра. Для простого однополюсного низкочастотного фильтра Баттерворта величина NEBW определяется произведением 1,57 ? fc (частота среза).

Для ADA4622-2 широкополосный шум составляет всего 12 нВ/?Гц при частоте 1 кГц (среднеквадратичное значение). Используя простой RC-фильтр с частотой среза 1 кГц и применяя предыдущую формулу, получим:

Обратите внимание, что простой низкочастотный RC-фильтр имеет ту же передаточную функцию, что и однополюсный низкочастотный фильтр Баттерворта.

Чтобы рассчитать полный шум схемы, необходимо сложить 1/f-шум и широкополосный шум. Поскольку источники шума не коррелированы, то для сложения используется следующая формула:

Используя это уравнение, можно рассчитать полный среднеквадратичный шум ADA4622-2 с выходным RC-фильтром с частотой среза 1 кГц. Формула дает значение 495,4 нВ(rms). Это лишь на 4% больше, чем широкополосный шум. Из этого примера видно, что 1/f-шум имеет существенное значение только для низкочастотных измерительных схем, работающих с постоянными или медленно меняющимися сигналами. Если же целевой частотный диапазон измерительной схемы в десять или более раз превышает угловую частоту, влияние 1/f-шума оказывается незначительным и о нем можно не беспокоиться.

Поскольку полный шум определяется как корень из суммы квадратов отдельных шумовых составляющих, то при расчетах можно пренебречь незначительным источником шума, если он составляет менее чем 1/5 от основного источника шума. Дело в том, что вклад такого источника шума в общий шум схемы составит всего 1% [5].

Как бороться с 1/f-шумом?

Стабилизация прерыванием является одним из популярных методов борьбы с напряжением смещения усилителя. Однако этот же метод помогает эффективно бороться и с 1/f-шумом, так как 1/f-шум проявляется в первую очередь на низких частотах. В усилителях со стабилизацией прерыванием (чопперные усилители) входной сигнал коммутируется с определенной частотой, а на выходе происходит его обратное восстановление. Работа схемы эквивалентна процессам модуляции и демодуляции.

Рис. 4. Блок-схема операционного усилителя ADA4522

Из блок-схемы ADA4522, представленной на рис. 4, видно, что модуляция входного сигнала производится в блоке CHOPIN. Блок CHOPOUT выполняет демодуляцию сигнала и его возвращение к исходной частоте. Одновременно со входным сигналом выполняется и модуляция входного напряжения смещения ОУ и 1/f-шума. Кроме снижения напряжения смещения, в чопперных усилителях уменьшается зависимость напряжения смещения от синфазного напряжения, что позволяет достигать очень высокой линейности и высокого коэффициента подавления синфазного сигнала (CMRR). Стабилизация прерыванием также уменьшает зависимость напряжения смещения от температуры. По этой причине чопперные усилители часто называют усилителями с нулевым дрейфом. Важно отметить, что усилители с нулевым дрейфом устраняют только 1/f-шум усилителя. Фликкер-шум от любых других источников, например, от датчиков, будет проходить через усилитель без изменений.

К сожалению, расплатой за использование модуляции становится появление собственных помех, связанных с коммутацией входного сигнала, а также рост входного тока смещения. Собственные шумы усилителя можно наблюдать с помощью осциллографа. Оценить пиковые значения этих шумов можно с помощью анализатора спектра. Новейшие усилители с нулевым дрейфом от Analog Devices, например, представители семейства ADA4522 с напряжением питания до 55 В, используют запатентованную схему обратной связи, позволяющую эффективно бороться со смещением и собственными помехами [6].

Рис. 5. Осциллограмма выходного шума

Стабилизация прерыванием может также применяться в инструментальных усилителях и АЦП. В частности, данный метод используется для борьбы с температурным дрейфом и 1/f-шумом в таких компонентах, как инструментальный rail-to-rail усилитель AD8237, малошумящий и малопотребляющий 24-битный ?-? АЦП AD7124-4, новый 32-битный ?-? АЦП AD7177-2 со сверхнизким уровнем шума.

В классической схеме стабилизации прерыванием модуляция входного сигнала производится с помощью прямоугольного модулирующего сигнала. Одним из недостатков такой модуляции является то, что прямоугольные сигналы содержат много гармоник. После демодуляции шум каждой гармоники будет накладываться на полезный сигнал. Если вместо этого использовать модуляцию синусоидальным сигналом, то собственный шум окажется значительно ниже. Такие усилители могут работать с малыми входными напряжениями при наличии значительных шумов или помех. Этот метод используется в синхронных усилителях (lock-in amplifiers) [7].

Рис. 6. Измерение загрязнения поверхности с помощью синхронного усилителя

На рис. 6 представлен пример использования синхронного усилителя. В данном случае синусоидальный сигнал используется для модуляции источника света. Свет, отражаясь от поверхности, фиксируется фотоприемником. Далее выходной сигнал фотодетектора нормируется, после чего происходит его демодуляция. При этом для модуляции и демодуляции используется один и тот же синусоидальный сигнал. После демодуляции выходной сигнал датчика возвращается в низкочастотную область. Демодуляция может быть выполнена не только аналоговыми методами, но и с помощью методов цифровой обработки сигналов уже после оцифровки сигнала АЦП. Очень узкий фильтр нижних частот, например, с граничной частотой 0,01 Гц, необходим для подавления всех более высокочастотных шумов. В результате у нас остается только оригинальный выходной сигнал датчика с чрезвычайно низким уровнем шума. Для получения минимальной погрешности измерения огромное значение имеет точность синусоиды. Стоит еще раз подчеркнуть, что предложенный метод устраняет 1/f-шум измерительной схемы, но не устраняет 1/f-шума датчика.

Если для датчика требуется сигнал возбуждения, то 1/f-шум датчика можно устранить с помощью переменного возбуждения. Метод заключается в использовании прямоугольного сигнала возбуждения датчика для получения прямоугольного выходного сигнала, а затем удаления модулирующего сигнала на выходе. Такой подход не только позволяет устранить 1/f-шум от датчика, но и удалить дрейф смещения и другие нежелательные температурные зависимости [8].

Рис. 7. Возбуждение мостового датчика переменным сигналом

Переменное возбуждение можно организовать с помощью дискретных ключей, управляемых микроконтроллером. AD7195 – 24-разрядный ?-? АЦП с низким шумом и низким дрейфом имеет в своем составе не только со встроенный усилитель с программируемым усилением (PGA), но и драйверы, необходимые для реализации переменного возбуждения. АЦП выполняет синхронное возбуждение датчика и оцифровку входного сигнала, что существенно упрощает измерительную схему.

Рис. 8. CN-0155 – схема прецизионных весов, построенных на базе 24-битного ?-? АЦП с внутренним программируемым усилением и переменным возбуждением

Реализация

При использовании усилителей с нулевым дрейфом и АЦП с нулевым дрейфом очень важно знать частоту прерывания каждого компонента и правильно оценивать вероятность возникновения интермодуляционных искажений (IMD). Когда два сигнала объединены, результирующий сигнал будет содержать исходные два сигнала, а также сумму и разность этих двух сигналов.

Например, в схеме с усилителем с нулевым дрейфом ADA4522-2 и ?-? АЦП AD7177-2, частоты прерывания каждой из микросхем будут смешиваться и создавать побочные суммарные и разностные сигналы. ADA4522-2 имеет частоту прерываний 800 кГц, в то время как частота прерываний для AD7177-2 составляет 250 кГц. Смешивание этих двух частот приведет к появлению дополнительных артефактов на частотах 550 кГц и 1050 кГц. В данном случае максимальная частота среза встроенного цифрового фильтра AD7177-2 составляет 2,6 кГц, что намного ниже частоты самой низкочастотной составляющей, поэтому фильтр удалит все интермодуляционные искажения. Однако, если в схеме будет использоваться пара последовательно включенных идентичных усилителей с нулевым дрейфом, то они также создадут интермодуляционные искажения, связанные с разницей в их частотах переключений. Очевидно, что эта разница частот будет минимальной и, следовательно, частота интермодуляционных искажений будет очень низкой и может попасть в интересующую частотную область.

В любом случае, важно учитывать интермодуляционные искажения при проектировании схем, использующих микросхемы со стабилизацией прерыванием. Следует отметить, что усилители ADA4522-2 имеют более высокую частоту переключений по сравнению с другими усилителями с нулевым дрейфом. При проектировании прецизионных измерительных схем высокая частота коммутации становится огромным преимуществом семейства ADA4522.

Заключение

1/f-шум способен ограничить эффективность любой прецизионной измерительной низкочастотной схемы. Тем не менее, этот шум может быть удален с помощью различных методов, в частности при использовании стабилизации прерыванием или переменного возбуждения. Эти методы имеют свои недостатки, с которыми удается успешно бороться в современных усилителях и ?-? АЦП, в результате чего спектр приложений для компонентов с нулевым дрейфом становится все шире.

Литература

W. H. Press. ?Flicker Noises in Astronomy and Elsewhere.” Comments in Astrophysics, 1978. (PDF)
F.N. Hooge. ?1/f Noise Sources.” IEEE Transactions on Electron Devices Vol. 41, 11., 1994.
MT-048. ?Op Amp Noise Relationships: 1/f Noise, RMS Noise and Equivalent Noise Bandwidth.” Analog Devices, 2009. (PDF)
Walt Jung. ?Op Amp Applications Handbook.” Newnes, 2005.
MT-047. ?Op Amp Noise.”Analog Devices, 2009. (PDF)
Kusuda Wong. ?Zero-Drift Amplifiers: Now Easy to Use in High Precision Circuits.” Analog Dialogue Vol. 49, 2015.
Luis Orozco. ?Synchronous Detectors Facilitate Precision Low-Level Measurements.” Analog Dialogue Vol. 48, 2014.
Albert O?Grady. ?Transducer/Sensor Excitation and Measurement Techniques.” Analog Dialogue Vol. 34, 2000.

Источник: www.allaboutcircuits.com

Автор: Роберт Кили Перевод: Вячеслав Гавриков, г. Смоленск

Разделы: Операционные усилители

Опубликовано: 02.09.2019

Шум в электронных системах и виды шума

В этой статье мы обсудим шум в электронных системах и его виды. Шум является нежелательным сигналом. Он мешает исходному сигналу и искажает его. Таким образом, шум может накладываться на исходный сигнал на этапе передатчика, передающей среды или на стороне приемника.

Неблагоприятно влияет на работу системы связи. Полностью устранить шум невозможно. Однако мы можем свести его к определенным мерам, приняв соответствующие меры.

Из приведенной выше формы сигнала мы можем сделать следующий вывод о шуме в электронной системе.

Нет постоянной величины напряжения
Нет постоянной частоты
Случайное и непредсказуемое поведение

Теперь мы обсудим типы шума в электронных системах.

Типы шума в электронной системе s

Существуют разные типы шума.

Дробовой шум
Мерцающий шум
Тепловой шум
Шум времени прохождения
Атмосферный шум
Перекрестные помехи
Искусственный/промышленный шум
Импульсный шум
Низкочастотный шум

900 09 Прерывистый шум

Непрерывный шум

Дробовой шум

Прерывистость потока дырок и электронов в полупроводниковых устройствах создает дробовой шум. Это внутренний тип шума. Достижение электронов и дырок случайным образом является основной причиной этого шума.

Если электроны прибывают и высвобождение происходит с фиксированной скоростью, это не создаст точечный шум. Случайное прибытие/освобождение создает неоднородность и, кроме того, создает точечный шум в системе.

Шум выстрела зависит от протекающего тока. Однако это не зависит от рабочей температуры системы.

Мерцающий шум в электронных системах

Мерцающий шум возникает почти во всех электронных устройствах. Шум мерцания;

Пропорционален току эмиттера и температуре перехода
Обратно пропорционален частоте

Фликер-шум обратно пропорционален частоте, поэтому его также называют 1/f шумом. Источник изображения – edn.com

мерцающий шум более преобладает на более низкой частоте (обычно менее 500 Гц). Таким образом, на более высокой частоте фликкер-шум или 1/f-шум практически отсутствуют.

Тепловой шум

Тепловой шум также является внутренним типом шума. Тепловое возбуждение электронов внутри электрического проводника при равновесии создает электронный шум. Другими словами, тепловой шум возникает, когда ток проходит через резистор.

Транзистор имеет базу, эмиттер и коллектор. Сопротивление базы, эмиттера и коллектора не может быть равно нулю, оно имеет конечное значение. Тепловой шум генерируется в транзисторе из-за сопротивления его базы, эмиттера и коллектора.

Шум времени прохождения в электронных системах

Шум времени прохождения — это внутренний тип шума. Более высокая частота увеличивает проводимость и, кроме того, увеличивает спектральную плотность сигнала. Таким образом, время, затрачиваемое носителем заряда (электронами или дырками), является временем прохождения.

Время прохождения носителя заряда уменьшается с увеличением частоты. Однако носителю заряда требуется определенное время, чтобы добраться от входа до выхода. Если время прохождения носителей заряда меньше, это создает шум времени прохождения.

Таким образом, генерация шума времени прохождения происходит на высокой частоте. Этим шумом можно пренебречь на низких частотах.

Атмосферный шум в Электронной системе

Атмосферный шум — внешний вид шума, вызванный естественными атмосферными процессами. Ниже приведены естественные атмосферные процессы.

Внешний удар молнии во время грозы
Электрические помехи – замыкания на землю, короткое замыкание

Изображение предоставлено Википедией

Атмосферный шум имеет широкий частотный спектр. Удары молнии создают напряжение в проводнике. Это генерируемое напряжение имеет широкий частотный спектр, и, кроме того, оно накладывается на исходный сигнал. Таким образом, смешивание шумового сигнала с исходным сигналом приводит к искажению.

Перекрёстные помехи

Это внешний тип шума. Когда два или более сигналов проходят по одному и тому же каналу, оба сигнала интерферируют друг с другом. Эта интерференция сигналов создает шум, и этот шум называется перекрестными помехами.

Паразитная емкость и взаимная индуктивность между двумя линиями являются основными причинами перекрестных помех.

Другими словами, перекрестные помехи — это явление, при котором два сигнала интерферируют друг с другом из-за емкостной, индуктивной или кондуктивной связи.

Искусственный/промышленный шум

Это внешний тип шума. Источником шума являются линии электропередач, системы зажигания, электродвигатели и переключатели. Работа этого оборудования/машин создает электрический разряд во время их работы.

Шум преобладает в промышленных и густонаселенных районах. Частотный диапазон шума находится в диапазоне от 1 МГц до 600 МГц.

Импульсный шум

Импульсный шум представляет собой кратковременные импульсы включения/выключения. Причина коротких импульсов включения/выключения:

Операция переключения
Поверхностная деградация аудиозаписей
Щелчки компьютерных клавиатур

Импульсные шумы представляют собой кратковременные импульсы, но они могут привести к необратимому повреждению. Всплески напряжения в оборудовании изменяют напряжение в соседних парах медного кабеля и создают импульсный шум во время коммутации.

Низкочастотный шум

Низкочастотный шум в диапазоне примерно от 10 Гц до 200 Гц считается особой проблемой шума окружающей среды.

Мы используем шумомер и дозиметр для измерения импульсного шума.

Прерывистый шум

Прерывистый шум представляет собой переменный шум, представляющий собой смесь периодов шума и тишины. Примеры:

Поезд, проходящий мимо
Стиральная машина в цикле «стирки»
Фабричное оборудование, работающее по циклам
Самолет, пролетающий над вашим домом
Большинство производственных шумов

Непрерывный шум

Непрерывный шум создается непрерывно, например, электродвигатель работает без перерыва. Источниками этого шума являются заводское оборудование, шум двигателя или системы отопления и вентиляции.

Читать дальше:

Типы шума в электронике

by Viral Nagda

В этом посте мы увидим виды шума в электронике.

Любой передаваемый и принимаемый электрический сигнал не всегда поступает в чистом виде. Имеются помехи в сигнале, которые влияют на его характеристики. Этот нежелательный сигнал помехи называется шумом.

Шум — это нежелательный сигнал, который мешает исходному сигнальному сообщению. Это вызывает дисбаланс в его работе и влияет на желаемый результат сигнала. Конечный сигнал, полученный на входе, не является чистым и, таким образом, становится непредсказуемым и случайным.

Шум в электронике

См. изображение ниже. Если бы амплитуда синей линии была одинаковой, это был бы чистый сигнал.

Но, как вы видите, амплитуда сигнала сильно варьируется сверху вниз. Он не имеет одинаковой высоты и ширины. Этот несбалансированный выходной сигнал называется шумом. Он генерируется либо внутри, либо поступает из внешнего источника.

Типы шума

Существуют различные типы шума в электронных и электрических сигналах. В этом посте мы увидим различные типы шума в электронике и электрических сигналах.

Дробовой шум

Дробовой шум — это внутренний тип шума. Это вызвано случайным попаданием электронов и дырок на выходной элемент/коллектор или стоки в транзисторе или через PN-переход. Происходит это в основном из-за неисправности устройства.

Рассмотрим, например, контакт между медным выводом и полупроводниковым материалом.

Разрыв между ними создает случайное движение носителей тока (электронов или дырок, как обсуждалось ранее), что создает разное время их прихода и создает шум в системе.

Это означает, что если бы электроны приходили и уходили одновременно между катодом и анодом, то шум не создавался бы.

Мерцающий шум

Мерцающий шум — это внутренний тип шума. Он пропорционален току эмиттера и температуре перехода; и обратно пропорциональна частоте.

Обычно появляется в транзисторах, работающих на более низких частотах (обычно менее 500 Гц). Это происходит в основном из-за примесей в проводящем канале или рекомбинационных шумов в транзисторе из-за тока базы. Этот шум мешает на низких частотах.

Шум времени прохождения

Шум времени прохождения — это внутренний тип шума. Это происходит из-за передачи энергии между электронами и ионами. Это теория, происходящая между эмиттером и коллектором транзистора.

Время, необходимое дырке или электрону для перемещения от входа к выходу, определяется как время прохождения.

На перемещение требуется минимальное время, и им можно пренебречь на более низких частотах. Но если частота выше, а время становится равным периоду усиливаемого сигнала, создается транзитный шум. Он очень случайный по своей природе.

Тепловой шум

Тепловой шум — это внутренний тип шума. Это вызвано случайным тепловым движением (колебанием) электронов и дырок внутри проводника.

В основном сопротивление присутствует на внутреннем эмиттере, базе и коллекторе; и этот тип шума обычно генерируется, когда он проходит через резистор.

Перекрестные помехи

Перекрестные помехи — это внешний тип шума. Как следует из названия, этот шум возникает, когда сигнал, проходящий по одному каналу, мешает сигналу, проходящему по другому каналу.

Если два канала соединены параллельно, то паразитная емкость и взаимная индуктивность между двумя линиями вызывают помехи. Этот шум называется перекрестными помехами.

Атмосферный шум

Атмосферный шум является внешним типом шума. Вызывается внешними ударами молнии, грозами, электрическими возмущениями внешней природы и т. д.

В силу характера причины этот шум охватывает широкий спектр частот; и вызывает большой дисбаланс, поскольку исходный сигнал смешивается с большим количеством шума, создаваемого этим типом.