5.Тепловые и токовые шумы.

Собственные шумы. На концах любого резистора всегда существует переменное напряжение, характеризующееся непрерывным широким спектром и примерно одинаковой интенсивностью всех составляющих.

В проволочных резисторах появление шумового на­пряжения обусловлено тепловым движением свободных электронов. Действующее значение напряжения тепловых шумов определяется известной формулой Найквиста

U²_ш = 4kTR f,

где k — постоянная Больцмана, равная 1,38 •10^-23 Дж/К; Т — абсолютная температура, К; R — сопротивление, Ом; Дf — полоса частот, в пределах которой определяется шу­мовое напряжение, Гц;Uш — шумовое напряжение, В.

Е сли сопротивление резистора комплексно, то в фор­муле Найквиста под R следует понимать активную состав­ляющую полного сопротивления. Для практических расчетов напряжения тепловых шу­мов, возникающих в резисторе при комнатной температуре (Т= 290 К или 17°С), удобно пользоваться следующим соотношением:

U_ш=1/8корень R f,

где U_ш выражается в микровольтах; R — в килоомах; Д/ — в килогерцах.

Следует отметить, что тепловые шумы резисторов, особенно высокоомных, могут быть выше шумов усили­тельных приборов и существенно влиять на чувствитель­ность РЭА.

В непроволочных резисторах .кроме тепловых еще воз­никает так называемые токовые шумы, обусловлен­ные мелкозернистой структурой резистивного элемента. При прохождении электрического тока по такому эле­менту происходят местные нагревы, сопровождающиеся;' разрушением контактов между одними частицами и спека­нием других, а также возникают электрохимические про цессы, механические вибрации частиц и т. п. Это вызывает непрерывное хаотическое изменение пути электрического тока, т. е. флюктуацию сопротивления, в результате чего на проходящий постоянный ток накладывается перемен­ная шумовая составляющая. Шумовое напряжение, созда­ваемое этим током на концах резистора, оказывается значительно

больше теплового и имеет непрерывный спектр, наиболее интенсивные составляющие которого лежат в об­ласти низких частот.

Напряжение токовых шумов зависит от материала ком­позиции и конструкции резистивного элемента. Установлено, что чем дисперснее структура проводящего компонента и больше его сопротивление и чем длиннее резистивный элемент, тем шумы меньше.

Шумовое напряжение пропорционально приложенному постоянному напряжению и квадратному корню из полосы пропускания. Действующее значение этого напряжения, измеренное в пределах определенной полосы частот и отне­сенное к величине приложенного постоянного напряжения Е_о

называют уровнем собственных (электродвижущей силой) шумов Еш. Ее выражают обычно в микровольтах на вольт. Полное напряжение токовых шумов определяется следующим образом:

U ш = ЕшЕо.

Уровень собственных шумов обычно указывают для полосы частот от 50 Гц до 5 кГц при нагрузке низкоомных резисторов номинальной мощностью, а высокоомных — предельным рабочим напряжением.

Типовые непроволочные резисторы по величине э. д. с. шумов делятся на две группы: группа А с Е_ш≤ 1 мкВ/В и группа Б с Е_ш≤ 5 мкВ/В; специальные типы резисторов имеют э. д. с. шумов меньше 1 мкВ/В.

Уровень шумов зависит также от качества контакта между резистивным элементом и выводами, а в резисторах переменного сопротивления — от качества скользящего контакта (шумы вращения).

Интенсивность отказов

Для сценки надежности резисторов используются один из основных расчетных показателей надежности – интенсивность отказов [ ]=[r^-1]. На интенсивность отказов резисторов сильно влияет режим их работы. Исследования показали, что интенсивность отказов резисторов как и других РЭ элементов уменьшается. Если используется облегченные режимы их работы. С этой целью у резисторов рассеиваемая мощность должна быть не более половины ее номинальной величины. т.е. Р _н. Помимо режима работы на интенсивность отказов также сильно влияют условия их эксплуатации. Например, с увеличением температуры, влажности и т.д. интенсивность отказов резисторов возрастает при увеличении температуры.