Рис. 1. Теплові шуми на екрані широкосмугового осцилографа (горизонтальна розгортка 200 мкс/справ.)
Потужність теплових шумів має рівномірну частотну характеристику. Для будь-якої даної смуги частот в будь-якій частині спектра потужність шумів на погодженому навантаженні є величина постійна і не залежить від величини опору. Наприклад, потужність шумів в смузі 100 Гц між частотами 100 і 200 Гц дорівнює потужності в смузі 100 Гц між частотами 1000000 і 1000100 Гц. При спостереженні на широкосмуговому, осцилографі тепловий шум має вигляд, показаний на рис.1. Такий шум (з рівномірним розподілом потужності по частоті) називають білим шумом, маючи на увазі під цим, що він має нескінченно багато частотних складових. Багато джерел шумів, відмінних від теплових, мають таку ж характеристику і також називаються джерелами білого шуму.
Миттєві значення напруги теплового шуму мають гауссово (нормальне) розподіл щільності ймовірностей (рис.2):
Площа під кривою гауссова розподілу, укладена між двома амплітудами, являє собою ймовірність того, що деяке конкретне значення шуму потрапляє в проміжок між цими амплітудами. Функція щільності розподілу ймовірностей має максимальне значення при нулі, що відображає факт найбільшої ймовірності значень поблизу нуля.
Рис. 2. Функція розподілу щільності ймовірностей миттєвих значень напруги теплових шумів
Дробовий шум. Електричний струм являє собою рух дискретних зарядів, а не плавне безперервне перебіг. Кінцівка заряду призводить до статистичних флуктуацій струму, визначається формулою
де q - заряд електрона (1,6-10-19 Кл); I =- середнє значення струму, А; В - смуга пропускання, Гц.
Наприклад, усталений струм в 1 А фактично має флуктуації з середньоквадратичним значенням 57 нА в смузі шириною 10 кГц, тобто він відхиляється приблизно на 0,000006%. Відносні флуктуації більше для менших струмів: усталений струм в 1 мкА має флуктуації (середньоквадратичні) в тій же смузі частот 0,006%. При постійному струмі 1 пА середньоквадратичні флуктуації струму (смуга та ж) будуть 56 фа, тобто відхилення на 5,6%! Дробовий шум, як і резистивний шум Джонсона, це гауссовский білий шум.
Контактні шуми. дробів і теплової шуми - це незменшуваного види шуму, що відбуваються внаслідок дії фізичних законів. Найдорожчий і ретельно виготовлений резистор має той же тепловий шум, що і дешевий вуглецевий резистор з тим же опором. Реальні пристрої мають до того ж різні джерела надлишкових шумів.
Контактні шуми викликаються флуктуацией провідності внаслідок недосконалості контакту між двома матеріалами. Вони виявляються всякий раз, коли два провідники з'єднуються один з одним, наприклад в перемикачах і контактах реле. Контактні шуми зустрічаються, крім того, в транзисторах і діодах через недосконалі контактів, а також в композиційних резисторах і вугільних мікрофонах, які містять безліч сплавлених між собою дрібних частинок.
У реальних резисторів бувають флуктуації опору, породжують додаткову напругу шуму (яке складається з постійно присутнім напругою теплового шуму), пропорційне протікає через резистор постійному струму. Цей шум залежить від багатьох факторів конструкції конкретного резистора, включаючи резистивний матеріал і особливо кінцеві з'єднання. Ось типові значення надлишкового шуму різних типів резисторів, виражені в мікровольтах на вольт прикладеного до резистору напруги (наводиться середньоквадратичне значення, виміряний на одній декаді частоти):
Вуглецево-композітниеОт 0,10 мкВ до 3,0 мкВ
Вуглецево-пленочниеОт 0,05 мкВ до 0,3 мкВ
МеталлопленочниеОт 0,02 мкВ до 0,2 мкВ
ПроволочниеОт 0,01 мкВ до 0,2 мкВ
Відмінні характеристики контактних шумів:
пропорційність ефективного значення шумового струму середнім значенням струму;
частотна залежність щільності розподілу потужності виду 1/ f .
Контактні шуми мають багато інших назв. У резисторах вони називаються надлишковими шумами. У тих випадках, коли розглядаються шуми в електронних лампах, контактні шуми зазвичай називають флікер-шумами. Внаслідок специфічної частотної характеристики ці шуми часто називають низькочастотними або l/ f -шум.
Імпульсні шуми. Імпульсний шум вперше був виявлений в напівпровідникових діодах, а нещодавно був помічений і в інтегральних схемах.
На відміну від інших раніше розглянутих шумів імпульсні шуми обумовлені виробничими дефектами, і їх можна усунути, поліпшивши процеси виробництва. Ці шуми викликаються дефектами в переході напівпровідникового приладу (зазвичай у вигляді металевих домішок). Імпульсні шуми проявляються як різкі сплески і супроводжуються дискретним змін рівня. Три...
