цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Что такое электрический шум и откуда он берется?

Что такое электрический шум и откуда он берется?

Автор: Mike(admin) от 28-06-2018, 06:15

Природа электрического шума


В повседневной жизни у нас есть погода, которая служит универсальным средством начала и поддержания разговоров. В мире электроники шум может играть аналогичную роль. Он всегда присутствует и всегда вызывает какую-то проблему. Если ваша новейшая печатная плата работает фантастически хорошо, но вы не хотите быть слишком самоуверенным, когда кто-то приходит и спрашивает вас об этом, просто жалуйтесь на шум. Если ваша печатная плата не работает, и вы не знаете, почему, сошлитесь на шум, который всегда виноват, пока не будет доказано что-то еще.


Что такое электрический шум и откуда он берется

Что такое шум?


Этот вопрос несколько сложно ответить, если вы попытаетесь пойти очень глубоко, потому что вы попадаете в философскую сферу, сталкивающуюся с такими проблемами, как «почему жизнь настолько сложна?» Или «почему общая энтропия не может уменьшаться каждый раз?» Но если вы удовлетворены более поверхностным отношением к этой теме, электрический шум довольно прост в плане объяснения. Шум – это общее слово, которое относится к изменениям напряжения или тока, которые часто являются случайными, обычно относительно низкой амплитуды, и всегда нежелательны.


Следующие комментарии должны помочь объяснить это определение. Электромагнитный шум является вездесущим и часто значимым фактором в проектировании схем, но мы ограничим определение напряжением и током, поскольку в контексте схемы эффекты электромагнитного шума проявляются с помощью изменений тока и напряжения. Амплитуда шумовых сигналов, безусловно, может быть довольно большой, но в этом контексте мы воспринимаем такие вещи, как большие переходные процессы, молниеносные удары или тяжелые электромагнитные помехи как принадлежащие к отдельной категории. Бывают случаи, когда мы можем преднамеренно генерировать шум, но приведенное выше определение будет более согласованное, если мы ограничим его нежелательными сигналами. Шум, который преднамерен и полезен, называется «шумом» просто потому, что он напоминает шум; преднамеренный шум больше относится к категории «сигнал», по крайней мере, если вы судите по его происхождению и цели, потому что он создается разработчиком в соответствии с потребностями системы.


Причины шума


Шум может «исходить» откуда угодно: воздух, источник питания, LDO-стабилизатор, резистор и т.п. Но мы хотим углубиться к истокам самого шума, а не к компонентам или пути, по которым шум входит в цепь.


Тепловой шум


Это фундаментальная реальность, связанная с сопротивлением потоку электронов. Если мы не начнем создавать схемы из сверхпроводников, у нас всегда будет тепловой шум, потому что у всего есть хоть немного сопротивления.


Тепловой шум проявляется в виде случайных колебаний напряжения; это связано с температурой, сопротивлением и пропускной способностью. Более высокая температура и более высокое сопротивление приводят к более высокой амплитуде шума. Полоса пропускания здесь относится к диапазону частот, которые относятся к схеме. Если вы включите в анализ больше частот, вы увидите больше теплового шума.


Помехи в связи с шумами полупроводникового элемента


Электроны фактически не «текут» через проводник. Они как бы подпрыгивают вместе с потенциальной энергией, накапливающейся, а затем переход в кинетическую энергию каждый раз, когда электрон должен пересекать барьер.


Эти случайные изменения в движении электронов приводят к соответствующим случайным изменениям тока. Другими словами, это шум. Такой шум более заметен в полупроводниках, чем в проводниках, потому что полупроводники имеют больше барьеров. Более высокий ток приводит к большему количеству таких шумов, а также играет роль более широкая полоса пропускания.


Помехи в связи с шумами полупроводникового элемента

1/f шум или фликер-шум


Насколько известно, ученые все еще не понимают мерцающий шум (фликер-шум). Хотя, возможно, они уже кое-что поняли, но, вероятно, по-прежнему существует хотя бы частичная тайна, окружающая основные физические явления.


Суть в том, что фликер-шум генерируется большинством электронных компонентов и уменьшается по мере увеличения частоты. Название «1/f» (т. е. «Обратно пропорционально частоте») напоминает нам о том, что связь между амплитудой и частотой является выдающейся характеристикой фликер-шума. Как и в случае шумами полупроводникового элемента, более высокий ток приводит к большему значению фликер-шума.


фликер-шум

Шум, имеющий характер вспышек


Этот тип шума возникает только в полупроводниках, но это не очень помогает нам, поскольку полупроводники повсюду в настоящее время. Несовершенства в полупроводниковом материале приводят к резким перепадам напряжения или тока. Быстрые переходы содержат высокочастотную энергию, но частота импульсов, возникающих в результате этих переходов, на самом деле довольно низкая.


Шум, имеющий характер вспышек

Вы сможете услышать такой шум, если вы усилите сигнал и отправите его на динамик. Это будет похоже на приготовление попкорна. Шум, имеющий характер вспышек, в наши дни не является проблемой, потому что за последние годы были выполнены значительные улучшения в производстве полупроводников.


Заключение


Все это относится к наиболее значительным источникам шума в электронных схемах. Надеемся, теперь у вас имеется лучшее представление о физических явлениях, которые вызывают столько шумов в схемах. Вы не можете устранить шум, но приведенная выше информация даст вам некоторые идеи о том, как сделать шум менее проблематичным. Например, чтобы уменьшить тепловой шум, вы можете использовать меньшие резисторы или добавить фильтр, чтобы ограничить полосу пропускания, а низкотоковые методы смещения приводят к снижению фликер-шума.




© digitrode.ru




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий