Бред

  • 04 окт. 2012 г.
  • 1264 Слова
10. ШУМ И ШИРИНА ПОЛОСЫ ШУМА




10.1 Основы



Шум – это неблагоприятный сигнал. Обычно происходит, когда неясен ожидаемый сигнал. На рисунке 10.1 изображена спектральная функция плотности обычно встречающихся типов помех.
Детерминистический шум (или помеха) может быть в пределах от простой дискретно-частотной компоненты, такой как гул линий высокого напряжения в 50-60 Гц, до широкойполосы интерфейса, вызванной узкими импульсами высокой энергии, генерируемыми переключениями силовых линий, импульсами лазеров, передатчиками радаров и т.д.
Стохастический шум находится в тех же самых системах, что и белый шум, где сила спектральной плотности независима от частоты, и такой же как 1/f или мигающий шум, где сила спектральной плотности уменьшается с уменьшением частоты. Сила спектральнойплотности обычно измеряется в
среднеквадратические-вольты/Гц или среднеквадратические-амперы/Гц;
шум такой спецификации обычно называют плотностью шума данных или обычной функцией частоты. Заметим, что для среднеквадратичного напряжения в е (вольты) и в полосе частот f Гц сила спектральной плотности S:

[pic]



















Число обычно называется спектральнй плотностьюэффективного напряжения шума и измеряется в (среднеквадратичных-вольтах)/[pic]. Также мы можем обозначить текущую спектральную плотность специфицированную в единицах (среднеквадратичные-амперы)/[pic].

Белый шум обычно находится в 2 формах : шум Джонсона и шум тока. Шум Джонсона или термический (тепловой) шум происходит из-за беспорядочного движения возбужденных электронов в резистивных материалах.10.2 С пециальные шумы и нарушения



Тепловой шум

Термический шум происходит из-за возбуждения электронов внутри сопротивления и устанавливает низкий уровень шума в имеюшихся циклах. Тепловой шум называется шумом Джонсона. Джонсон открыл, что непериодическое напряжение существует во всех проводниках и его величина связана с температурой. Позже было описано шумовое напряжение математически,используя термодинамические рассуждения. Выяснилось, что средний квадрат шумового напряжения (или его эффективное значение) производимого резистором:

[pic] (1)

Где k=постоянная Больцмана (1.38 *10-23 Дж/[pic])

Т=абсолютная температура ([pic])

В=ширина полосы шума (Гц)

R=сопротивление (()

В комнате температура (290[pic]), 4кТ = 1.6*10-20 W/Hz. Ширинаполосы В в формуле (1) эквивалентна ширине полосы шума расматриваемой системы.
[pic]






[pic] [pic]












Тепловой шум – это универсальное явление, независимое от композиции резистора. Например, 1000 ( карбоновый резистор имеет некоторое кол-во теплового шума, такого как 1000( тонкопленочного резистора из тантала. Фактически, резистора может иметь шум, больший чем тот, которыйобуславливается термическим шумом, но никогда меньше. Этот дополнительный или избыточный шум обусловлен присутствием других источников помех.


Шум тока.


Точечный шум ассоциируется с потоком тока через потенциальный барьер. Это связано с флуктуацией тока около среднего значения проистекающей из стохастической эмиссии электронов. Этот шум есть и в вакуумных трубках и в полупроводниках. В вакуумных трубкахточечный шум идет из стохастической эмиссии электронов из катода. В полупроводниках точечный шум обусловлен стохастической дифузией несущих частиц через базу транзистора и стохастического генератора и перекомбинацией целых электронных пар.

Точечный эффект был теоретически анализирован В.Шотки в 1918 году. Он увидел, что эффективное значение шума в цикле равно:[pic], (2)

где

q=заряд электрона (1.6*10-19)

Idc= среднее dc тока (А)

В=ширина полосы шума (Гц)

Равенство 2 подобно равенству 1. Силовая плотность для точечного шума постоянна с частотой и амплитудой Гаусовского распределения. Шум – это белый шум и имеет такие же характеристики как и ранее описанный...
tracking img