Co to za hałas?

Ludzie często mówią o hałasie w obwodach. Tanie wzmacniacze operacyjne są głośne , uruchamianie silnika może generować szumy na zasilaniu, a wiele obwodów analogowych radzi sobie ze stosunkiem sygnału do szumu (tj. Staraniem się, aby poziom szumu był niski).

Moją intuicją jest to, że hałas jest obecnością sygnałów o częstotliwościach, które nas nie interesują. (To może, ale nie musi być właściwe). Jednak nie wiem, skąd ten hałas pochodzi.

Jak powstają zakłócenia elektryczne? Co to generuje? Jak się tego pozbyć?

Obecność mocy na częstotliwościach, które nie są zainteresowane, można łatwo odfiltrować. Problem stanowi obecność mocy na częstotliwościach, którymi jesteś zainteresowany, ponieważ nie można tego odfiltrować.

Istnieje kilka głównych źródeł hałasu . Zależy to jednak od kontekstu, o którym mówisz - takie zakłócenia, jak przesłuchy można uznać za hałas w kontekście, powiedzmy, stosunku sygnału do szumu, ale kiedy zbudujesz „wzmacniacz o niskim poziomie szumu” odnosi się to do wewnętrznych źródeł hałasu.

Jednym z nieuniknionych źródeł hałasu jest hałas termiczny . Każdy obiekt, który nie siedzi w absolutnym punkcie zerowym, zachowuje się jak czarne ciało i promieniuje promieniowaniem elektromagnetycznym. Jest to problem w komunikacji RF dalekiego zasięgu, ponieważ promieniowanie czarnego ciała z ziemi, budynków itp. Pojawi się w interesującym paśmie i ustawi „podłogę” na poziomie sygnału, który można odbierać. Hałas ten jest mniej więcej płaski do około 80 GHz, więc moc hałasu jest po prostu proporcjonalna do przepustowości i temperatury. Szum termiczny w elektronice nazywa się szumem Johnsona. Szum Johnsona jest generowany przez poruszające się elektrony (lub inne nośniki ładunku), ponieważ nie znajdują się w absolutnym zera. Można to modelować jako źródło napięcia szeregowo lub źródło prądu równolegle z każdym rezystorem w obwodzie. Hałas Johnsona jest proporcjonalny do przepustowości, temperatury i rezystancji.

Szum strzałowy to zupełnie inny rodzaj szumu, który pojawia się, gdy ładunki przemieszczają się przez szczelinę (lampę próżniową) lub przez złącze półprzewodnikowe (dioda, BJT). Ponieważ nośniki ładunku są dyskretne (można je policzyć), ładunek należy mierzyć w tych skwantyzowanych jednostkach. Gdy płynie prąd, liczba nośnych ładunku będzie się przemieszczać, przybywając w losowych odstępach czasu. W przypadku dużych prądów fluktuacja jest tak mała, że ​​jest w zasadzie niewykrywalna. Jednak w przypadku bardzo małych prądów prąd płynie w szeregu „pulsów”, po jednym na każdy elektron. W rezultacie szum wystrzału staje się dużym problemem przy niskich poziomach sygnału. Odgłos strzału jest biały; co oznacza, że ​​jest niezależny od częstotliwości, a ogólna moc szumu jest proporcjonalna do szerokości pasma.

Szum migotania , czyli szum 1 / f , to inny, inny rodzaj hałasu. Występuje to w urządzeniach elektronicznych, oprócz szumu Johnsona i hałasu strzału. Szum migotania nazywa się szumem 1 / f, ponieważ moc szumu jest proporcjonalna do odwrotności częstotliwości - jest wysoka przy niskich częstotliwościach i niska przy wysokich częstotliwościach. Zasadniczo szum migotania zależy od poziomu prądu stałego.

Inne źródła hałasu są nieco mniej powszechne, takie jak hałas lawinowy . Hałas lawinowy spowodowany jest awarią lawiny. Podczas rozpadu lawiny płynące elektrony uwalniają więcej elektronów i wytwarzają wykładniczo rosnący prąd. Urządzenia takie jak fotodetektory lawinowe wykorzystują ten efekt do wykrywania niewielkiej liczby fotonów poprzez odchylenie urządzenia tuż przy krawędzi awarii lawiny, tak że niewielka liczba fotonów trafiających w detektor uwalnia wystarczającą liczbę elektronów, aby wywołać awarię. Przepływ prądu podczas awarii lawinowej jest bardzo głośny. W rzeczywistości jest tak głośno, że diody lawinowe są wykorzystywane jako źródła szumu RF do testowania różnych komponentów RF.

Przesłuch, interferencja i intermodulacja są również źródłami niepożądanych sygnałów, ale nie są to szumy techniczne. Przesłuch i zakłócenia to niepożądane sygnały pochodzące ze źródeł zewnętrznych. Intermodulacja pochodzi z nieliniowości i powoduje, że sąsiednie kanały tego samego medium nakładają się na siebie. Jest to poważny problem podczas próby przesyłania dużej liczby kanałów równolegle podczas ich miksowania. Ogólnie jest to 2 Fa - Fb. Na przykład, jeśli przesyłam dwa kanały z odstępem 1 kHz na 1 MHz, to przesyłam 1.000 MHz i 1.001 MHz. IMD oznacza, że ​​dostanę trochę mocy na 2 * 1.000 - 1.001 = 0.999 MHz i 2 * 1.001 - 1.000 = 1.002 MHz, co zakłóciłoby sąsiednie kanały w tym samym odstępie.