Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (5-е изд.,1998) (1151957), страница 118
Текст из файла (страница 118)
Прнвелем ' ' о.конструктивных примеров. Попьшого обсуждения шумов днфого усилителя и усилителя ой связью мы посвятим заклюраздел обсуждению надлежамления н экранирования, а также Ению помех н паводок (см..также „:.'13,24, посвященный методам моле- аналоговых схем) схождение и визы нтумов итпум» применяется ка всему томаскирует палезныи сигнал, тю.
'.шумом может оказаться какон :,друтои сигнал (впомеха»): но чаше ,,'агат термин означает нслучайный» изическай (чаще всего тепловой) Шум характеризуется своим спектром, распределением ам':и:источникам (происхожленнемт. -вем основных ввозмутнтелей твия». Джоиеоновский шум. Любои резистор на плате тенерирует на своих выводах некоторое напряжение шума, известное как ншум Джонсона» (тепловой шум).
У него гаризан тальный частотный спек т р, т.е. одинаковая мощность шума на всех частотах (разумеется. до некоторого предела). Шум с горизонтальным спектром называю-, нбелым шумом.». Реальное напряжение шума в незамкнутой цепи, порожденное сопротивлением В, находящимся прн температуре Т, выражается формулой (7,~ — — П„,и — — (4(тТВВ) тз, где й -постоянная Больцмана, Т-абсолютная температура в кельвннах (К =- = ' С ь 273,16), В - полоса частот в Гц Таким образом.
(7,„, †.эю ю, что получится на выходе совершенно бесшумного фильтра с полосой пропускания В, если падать на его вход напряжение, порожденное резистором прн температуре Т. Прн комнапюй' температуре (68'Р = = 20'С = 293 К) 4ЛТ = 1,62. 10 "' В-'7(Гц. Ом), (41:ТВ)ттт = 1,27. 10 "" В' ' В Гц"з = 1,27-10 '" Вт-' мкВ'1 и". Например, резне-тор на 10 кОм при комнатной температуре имеет среднеквадратичное напряжение шума в разомкнутон цепи порядка 1.3 мкВ, измеренное в полосе 10 кГц (твмерять можно, например, подсоединив резистор ко входу высококачественного усилителя н наблюдая напряжение на выходе усилителя вольтметром).
Сопротивление источника этого напряжения шума равно проста В. На рис. '.38 дан график простои зависимости щтатности напряжения шума Дткаисонк (среднеквадратичное напряжение на ка рень квадратныи нз ширины полосы) от сопротивления источника. Амплитуда напряжения шума Джонсона. вообще т оворя, в ланнын канкретныи момент непредсказуема, но ана подчиняется закону распределения 1аусса (рис. 7.39), где ртт(7)т((7 — вероктногль тото, что мгновенное значение напряжения заключено между (/ н П т- т((7, а О„,- опреле- 456 Глава ? Прецизионные схемы и мшшшумявшя вппврвзурв 457 и !Оз на нет Е т. «~ н!О !ОЗ !ОЗ !04 !05 !Оь 0 опрошввневве, Ом Рис 7 38 Зпвисвмосгь.
напряжения пи. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
