Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ядерная электроника (7 сем) / Лекции / ЯдЭл. Лекция 3.pptx
Ядерная электроника. Лекция№3 11/20
Контурные (тепловые) шумы.
Флуктуации напряжения на зажимах резистора,
вызванные тепловыми движениями свободных
электронов. Тепловые шумы содержат весь спектр от
0 до ∞. Среднеквадратичное значение шумов:
fв
fн
актшт
dfRкTU 4
2
Формула Найквиста
Спектральная плотность – распределение энергии по
частотному спектру:
акт
шт
kTR
df
Ud
4
2
Ядерная электроника. Лекция№3 12/20
Контурные шумы
В реальной схеме кроме сопротивления нагрузки Rн имеется
ёмкость Свх, активная составляющая входной цепи:
2
1
вхн
н
акт
CR
R
R
2
2
1
4
вхн
ншт
СR
R
kT
df
Ud
С увеличением сопротивления нагрузки шумы
растут и достигают максимума при:
внвх
н
ffС
R
2
1
В случаях, когда входное сопротивление
должно быть большим, его следует брать
107-108 Ом во избежание повышения
шумов
Ядерная электроника. Лекция№3 13/20
Шумы входного тока активного
элемента
Цепь управляющего электрода активного элемента
(транзистора или лампы) является источником шумов,
вызванных флуктуациями входного тока iвх.
вх
вхш
ei
df
id
2
2
.
Формула Шоттки
Для комплексного входного сопротивления RнCвх
шумы напряжения имеют спектральную плотность:
2
22
.
1
2
вхн
н
вх
вхш
СR
R
еi
df
Ud
Ядерная электроника. Лекция№3 14/20
Шумы выходного тока активного
элемента (дробовый шум)
Флуктуации канального тока полевого транзистора.
Спектральная плотность:
2
2
..
2 Fei
df
id
вых
дш
F – коэффициент сглаживания.
Дробовый шум удобно
приводить к входу схемы и рассматривать как
флуктуации выходного напряжения. Для полевого
транзистора:
Sdf
Ud
дш
7,0
2
..
Контурные шумы и дробовые равномерно
распределены по спектру (белый шум).
Ядерная электроника. Лекция№3 15/20
Фликкер шум
У активных элементов также имеется неравномерный
фликкер-шум со спектральной плотностью:
fdf
Ud
фш
1
~
2
..
В линейных импульсных усилителях, имеющих
полосу пропускания в области высоких частот,
составляющая фликкер-шумов невелика и ею можно
пренебречь.
Ядерная электроника. Лекция№3 16/20
Эквивалентная схема входа с
источником шумов
Для оценки влияния шумов, источник шума заменяют
активным сопротивлением, генерирующим тепловые шумы.
Контурные и входной шумы заменяют на эквивалентным Rp.
pвх
вхштш
RC
kT
df
dU
df
dU
22
2
.
2
.
4
kT
Rei
R
R
нвх
н
p
2
1
Дробовый шум эквивалентен активному сопротивлению
На схеме три источника шума заменены на генераторы
белого шума:
kTS
Rs
4
7,0
sш
kTRe 4
2
p
ш
R
kT
i
4
2
Ядерная электроника. Лекция№3 17/20
Эквивалентный шумовой заряд и
фильтрация простейшими CR-RC цепями
При измерении амплитуды стремятся к максимуму
соотношения сигнал/шум. При анализе заряда с
детектора удобно шум заменять эквивалентным
шумовым зарядом: .
2
шш
Uq
Выбрав равные
τд= τи= τ найдём
шумы теплового
и входного тока.
p
рш
R
kTq
4
.
2
.
4 C
R
kTq
s
sш
Тепловые и входной шумы
Дробовый шум
Ядерная электроника. Лекция№3 18/20
Эквивалентный шумовой заряд и
фильтрация простейшими CR-RC цепями
В эквивалентной схеме Rp и Rs имеют разную
зависимость от параметров CR-RC цепи, оптимальное
соотношение сигнал/шум достигается при:
s
p
sшршш
R
C
R
kTqqq
2
..
4
После дифференцирования по τ, находим минимум при:
И минимальный шумовой заряд:
spвх
RRC
0
4
min
4
s
p
шум
R
R
kTq
Ядерная электроника. Лекция№3 19/20
Экспериментальное определение
уровня шумов
Методика для таких измерений не должна нарушать
нормальную работу детектора, от которого поступает
исследуемый сигнал.
Для измерения в единицах заряда, нужен импульсный
генератор.
Ядерная электроника. Лекция№3 2/20
Экспериментальное определение
уровня шумов
По осциллограмме измеряют отношение выходного
сигнал/шум U
ш.вых
/U
вых
СC
CU
U
вх
г
вх
вых
выхшвх
ш
U
UU
U
.
Шумовой заряд
СC
Q
U
вх
вх
вых
выхш
U
QU
Qш.