hhis11 (Исскуство схемотехники), страница 2

оного шзм ог саарспинлення Рис. 7 За я~с', Ь -, снд: П Г' Утп г ' Зыя ле г и ешь:хззфекгзгнньги шзм Пг зла . ьз~ ряхс ввшшн абляг., и рвнпв верея г насев ня асо ения мгвс венного знязенвя ншзряжеиия мсжго Е н с ~ ац ленное выше среднеквадратичное (эффективное) напряжение шума.

Шум Джонсона устанавливает нижнюю границу напряженна шумов любого детектора, источника сигнала нли усилителя, имеющего резнстивные элементы Активная составляющая полного сопротивления источника норожлае.г шум Джонсона, так же действуют резисторы цепей смешения н нагрузки; с нлителя Скоро мы уввлнм. как зго провсхозпп. Игззереспо отметить. что лзобои физическии аналог сопротивления (любой механизм по.герь энергшз в физической системе, н,щример. вязкое . ренин малых застил жилкоству имеет связавньзе с ннм флуктуапин соответствующеи физнческои величины (в привеленном примере зтг флуктуации скоростен часпщ проявляю.

шнеся как хаотическое броуновское движение) Шум Джонсона нг прогло спе- циальный случай такого флуктуационно диссипагивного явления. Шум Джонсона нс слелуст пугать с до. полнительным шумовым напряжением который возникает из-за эффекза флук. туацин сопротивления. когда приложен. ный извне ток проходит через резистор ЭтОт пизОытОчный шумзу имеет спектр приблизительно 1 й и он сильно зависгп от конггретной конст рукпии резистора. Мы об этом поговорим позже. Дробовой шум. Электрический ток прел. ставляс.г собой движение дискретных зарядов, а не плавно непрерывное течение, ',.' Конечность (квантованность) заряда прн. водит к статистическим флуктуациям то. ка.

Если зарялы действуюг независимо друг ог лру!а. го флукт)нрующий зок определяется формулой )и. 44 =)п,„-.. (271 В)' -'. где г) — заряд злектрона (1,6 10 ' Кл), ( — постоянная составляющая («установившееся» значение) тока, а В. ширина полосы частот измерения Например, сс)стансзвившийсязз гок в 1 А фактически имеет фззукт) анни со срелнсквадраз нчным значением 57 нА в полосе шириной !0 кГц, т.

е. он отклоняется примерно вв 0.0000065гс. Огноснтельныс флуктуацяв больше для меньших токов: пустановивпгийсяп зок в 1 мкА имеет флукгуацвв (срелнеквадратичные) в той жс полосе частот 0,006'г,, т. с —. 35 дБ. Прн постоянном токе 1 пА среднеквадратичные флуке гуации гока (полоса за жс) буду! составять 56 фА, г. е. озклонснне на зубное Дробовон щ м що пп'ум дождя вв жее,яног! крышеп. Как и рсзнсгнвный щум ДжОнсона, 'зго гауссу'Вский Ослып здзм. 1)рввслсггггпя вьюге фО)змушв г зя *,:зг з иог-О зпума выве:ена в гзреззнгзложенвв, что ссзздазопзнс ток носигелн заргоы тсйшгвуют независимо друг оз друг,з Это справедливо. когл,з заряды прсодо гсвагот некоторый барьер.

ьак гзапримср. в с ' чае ; Окв зе)зсз лрО;зньж персхОл, г"гз згз!залпу перемещая пся за счсг ззгффу.згзгг, Олнакс зто вг гак в гаком важном случае. Яог 'я мы имеем лезю с ме з азщическими;розов никами, где ьзсжлп носщелямв .Мря-зв с)пня:гаусс щ з ая корре,зяцня 2ззквзг зом, ток в простой резистивной схеме т намного мсльшую шумовую со- пяющую, чем зто предсказывает фор- для дробового шума.

Другое важное ение для этой формулы лает наша 'артная транзисторная схема источ- уока (рис. 2.21). в когорон отрица. "Вя Обратная связь сволнт дробовой жмене 74. Пусгь е кп шсгвс коллеьгагьан "*ИИ н мялшвумшием усилю езс испо шзус ся рс ', колзгекгорныя гок з'» сопроеожлвегся врн набавим шумом Погшжнгс, зш ь нмхолиом .4зввряжегззгх ломнннруез лробанов шум (я н» 'я шум Гсзис оряг. ввзмшя с момснгя ьогвя ' е нвпряжения я установившемся режиме вз вшрузки с;вяоип ся больше Тету (50 мв мвшпои гемверягм с) 1гг" (фликкер-шум).

Дробовой в з-вой ш)мы -зно не)мсньщаемые вн. ума. возникающие в соогветствпи ' онами физики. Самый дорогой и чьно изготовленный рсзисз Ор имсщ 'же тепловой шум. что н дешевый „кг' гОДНЫй РЕЗИЩОР С ГЕМ же СОПРОЗИВ. Реальные ус ~ ройс ва, кроме того, т разлнчныс исгочвнкн знзбыточ ~цумов». Реальные рсзисгоры под флугп уацням соцрсп ивления„ко ' в порождаю з дополнил ельнос напряШУМа (КОГОРОС СКЛсЩЫВаЕТСЯ С ПО ; о гзрисузсгвуюгззгнхз напряженнем вог.о шума), пропорциональное про— ШЕМУ ТЕРС !ЗСЗИСугпй ИОСзОЯННОМУ . Это з шум швисиг о.

Многих факу о ;::связанных с козгстр) кннсзй конкре г но исгора, включая рсзистивный мате- и особенно кг,нпевыс соединения вчныс зщзчения избег. Очвог О гну ма ' .ных зилов резисторов. выраженные роволь г ах нв во зьз прил ожс наг ч сз з О)зУ нагз)звхесння (и!знво;пп.ся СРс здрщпчнос значсгпп. взмсрсннос вв ',н лекале гасгозьй лна-капп и пмг Оз Цга .ь ЗВ .хв Лна-плен "звыгс Ог Пдз .зсз ЦЗ мкв озшснг'зны ' О. Цззл зза Шз мзв 'Возвыс О п1 ло о.. мкн з дзум имев спектр. примерно опн ' мый зависимое.гью 10 (пзс оянная ость на лекаду частсты) и иноглп ется прозовым щумомз Шам.

воз никающий по другим причинам, также часто имеет спектр 1/Д примерами таких шумов являются шум тока базы у транзистора и шум катодного гока в электронных лампах. Любопытно, что шум вида 1гГ встречается в природе в самых неожиданных проявлениях. например, скорости океанических течений. потоке песка в песочных часах, пассажирских потоках на скоростных железных дорогах в Японии. а также годовом сгокс Нила за последние 2000 лет. Если построить график громкости звучания какого-нибудь произведения классической музыки.

то опять- таки получится спектр 1г)! Общего принципа. объясняющего происхождение шумов со спектром 1(Е не найлено хотя он, казалось бы. носится в воздухе, но в каждом отдельном случае часто можно опреде зить источник такого шума. Помехи. Как уже говорилось, одной из форм шумов являютея мешающие сигналы или гаразитные наводки. В этом случае спектр н амплитудньзе характеристики зависят оз мешающее о сигнала. Например, наводка оз сиги 50 Гц имеет спектр в виде пика (или ряла пиков) и относительно постоянную амплитуду, а шум зажигания автомобиля. шум грозовых разрядов н другие шумы импульсных исг очников имеют широкий спектр и всззлескн амплитуды, Другим источником помех являются радио- и теиепередающнс станции (особенно серьезна эта проб.тема вблизи больших городов) окружающее электрооборудование.

Моторы. дифты. мезро. выключаг ели. персключате зьныс сгабилнзагоры, зелевизоры Все згв проблемы супгесзтвъгот н слегка измененном Виде во всех тех сгб чаях. когда что-нибудь Влияет на изме!зяс.мыв Вами ларамстр Например. Оптическнн интерферометр восприимчив к вибрации. а на чувствигельныс измерения радночастот (например в ЯМР-спекзроскопии) может повлиять внешний разно*гасзотный сигнал. Многие схемы, равно как дс.екторы или лаже кабели.

чувсзвнтельньг к внбрапням н звуку. н онн. по горгоной терминологии. ' тралаю г. п микрофонным эффектомв От многих из этих источников шума можно отде:зазься путем тщательного 458 Гласа т Прецизионные схсмы и мааономаюаа анларатура 459 экранирования и фильтрации. как будет сказано в этой главе ниже Иногда приходится принимать совершенно драконовские меры, включая монолитные каменные столы (для виброизоляции).

комнаты с постоянной температурой, звукопоглошаюшие камеры и комнаты с электрической зкранировкой. 7.12. Отношение сигнал,'шум и коэффициент шума Перед тем как начать детальное рассмогрение шума усилителя и проектирования малошумящих схем, нам нужно опрелелить несколько терминов. которые часто употребляются для они~а~ив характеристик усилителей. Речь идет о количественных показателях напряжений шумов. измеренных в одной и той же точке схемы. Обычно напряжения шумов приволятся ко входу усилителя (хотя измерения обычно произволятся на выходе).

т. е. шумы источника сигнала и усилителя описываются через эквивалентные напряжения шумов на входе, которые мо~ли бы дать на выходе наблюдаемый шум. Это имеет смысл тогда, когда вы хотите оценить' относительный шум, добавленный усилителем к пгуму источника сигнала. независимо от коэффициента усиления; это вполне практично. так как основной шум усилителя обычно порождается входным каскадом Если не оговорено противное. напряжениешума всегда будет отнесено ко входу Плотность мопгности шума и ширина полосы. При рассмотрении теплового н дробового шумов бьшо показано.

что веаичина измеренного напряжения шума зависит и от полосы шстот измерения (чем шире смотрнпл-,. тем болыде видишь) и от переменных параметров (Я и 1) самого источника шума. Поэтому естественно говорить о среднеквадратипюй плотности.напряжения гпума ю П, == г В' " =- (МТ1(Р гВ' -', гле П .,; — средвеквалратичное напряжение пгума, измеренное в полосе ширины В. У:источника белою г1 шума с,с не зависи г от частоты.

а розовый шум, например. имеет спад ю,с в 3 дБ октава. Часто и, пользуется среднее значение квадрат плотности шума юг Поскольку ю всею относится к среднеквадратичному значе. нию, а ю,„— к среднему значению квадрата ,г для получения ю,"с лостаточно вознеси и квадрат юсо Это звучит просто (и по сути: просто), но мы хотим быть уверены, чта:, вы не запутаетесь. Заметьте, что величины В и В"г явля„„е ются множителямн для перехода от ве,-'.;: личин, обозначаемых строчными буква,'",;-.''~ ми, к величинам, обозначаемым пропгя)г;"...' ными буквами.

Например, для тепловошгу ~ шума резистора Я имеем г = (4)сТЯ)нг В,'Гц"', ю„'„а — — 4)сТВ Вг Гц, (7с, „„=- Ч.аВыа =(41ТЯВ)'" В, (г'„',44 — — ю' аВ = 4ЕТВВ В-'. В данных изготовителя даются график~'.:." г„или ю', соответственно в единице~" ннановольт на корень из герцаг или авольт';",, в квадрате на герца Величины е„, и (,",': ° которые скоро будут введены, использ)ь''';::;";:а( ются точно так же. При сложении двух некоррелированн(д(" сигналов (два шУма или сигнал и цгУх)а)':гза складываются квидрцты амплиз уд: ю ~~за( = (юг + юмг) к~, где ю - эффективное (средне':,,- квадратичное) значение сигнала, получай",",. г е ного сложением сигнала с эффективньба;.,к значением гс н шума с эффективным зна' я чением г .