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



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


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

Комментарии:

Оставить комментарий