В операционном усилителе имеются различные источники шума ( операционный усилитель ), но самым загадочным источником шума является мерцающий шум. Это вызвано неровностями в полосе проводимости и шумом из-за токов смещения в транзисторах. Этот шум усиливается обратно пропорционально частоте, поэтому его часто называют шумом 1/f. Этот шум присутствует еще на более высоких частотах; однако другие источники шума в операционном усилителе начинают контролировать, противодействуя эффектам шума 1/f. Этот шум повлияет на всю электронику, например, на работу усилители но этот источник шума не имеет ограничений в низкочастотных системах сбора данных. Чтобы обеспечить наилучшие характеристики постоянного тока, такие как малый дрейф смещения и низкое начальное смещение, усилители с нулевым дрейфом также имеют дополнительное преимущество, заключающееся в устранении фликер-шума, что очень важно для низкочастотных приложений. В этой статье обсуждается обзор мерцающий шум – работа и ее приложения.
Что такое мерцающий шум/определение мерцающего шума?
Фликер-шум или 1/f-шум — это тип электронного шума, который просто возникает почти во всех электронных устройствах и может сопровождаться различными другими эффектами, такими как примеси в проводящем канале, генерация и рекомбинация шума в транзисторе из-за тока базы. Этот шум часто называют розовым шумом или шумом 1/f. Этот шум в основном возникает во всех электронных устройствах и имеет разные причины, хотя они, как правило, связаны с протеканием постоянного тока. Это важно во многих областях электроники и важно в генераторах, используемых в качестве источников радиочастот.
Этот шум также известен как низкочастотный шум, потому что спектральная плотность мощности этого шума будет увеличиваться при увеличении частоты. Этот шум обычно можно наблюдать на частотах ниже нескольких кГц. Полоса пропускания мерцающего шума находится в диапазоне от 10 МГц до 10 Гц.
Уравнение мерцающего шума
Фликер-шум возникает почти во всех электронных компонентах. Таким образом, этот шум упоминается в отношении полупроводниковых устройств, таких как транзисторы и особенно МОП-транзистор устройства. Этот шум можно выразить как
S(f) = К/f
Принцип работы мерцающего шума
Шум мерцания работает за счет увеличения общего уровня шума выше уровня теплового шума, который присутствует во всех резисторах. Этот шум просто встречается в толстопленочных и углеродсодержащие резисторы , везде, где это известно как избыточный шум. Напротив, резисторы с проволочной обмоткой имеют наименьшее количество мерцающего шума.
Этот шум может быть вызван носителями заряда, которые случайным образом захватываются и высвобождаются между поверхностями двух материалов. Таким образом, это явление обычно происходит в полупроводниках, которые используются в инструментальных усилителях для записи электрических сигналов.
Этот шум просто пропорционален частоте, противоположной частоте. Во многих приложениях, таких как радиочастотные генераторы, есть много областей, где преобладает шум, и другие области, где преобладает белый шум от таких источников, как дробовой шум и тепловой шум. Как правило, этот шум на низких частотах доминирует в правильно спроектированной системе.
Устранение шума 1/F
Как правило, измельчение или Чоппер метод стабилизации используется для уменьшения напряжения смещения усилителя. Но, поскольку мерцающий шум близок к низкочастотному шуму постоянного тока, то он также эффективно снижается с помощью этого метода. Этот метод просто работает, прерывая или чередуя сигналы i/p на этапе i/p, а затем снова прерывая сигналы на этапе o/p. Так что это равно модуляция с прямоугольной волной.
На приведенной выше блок-схеме ADA4522 сигнал i/p можно просто модулировать до частоты прерывания на CHOP. В этап. Сигнал i/p на CHOP ВНЕ каскад синхронно демодулируется обратно к своей начальной частоте, и в то же время мерцающий шум и смещение каскада усилителя i/p просто модулируются до частоты прерывания.
В дополнение к уменьшению исходного напряжения смещения уменьшается изменение напряжения смещения и синфазного напряжения, что обеспечивает очень хорошую линейность по постоянному току и высокий CMRR (коэффициент подавления синфазного сигнала). Прерывание также уменьшает дрейф напряжения смещения и температуру, по этой причине усилитель, использующий прерывание, часто называют усилителями с нулевым дрейфом. Здесь необходимо учитывать одну важную вещь: усилители с нулевым дрейфом удаляют только мерцающий шум усилителя. Любой мерцающий шум от различных источников, таких как сенсор, останется без изменений.
Компромисс, используемый для прерывания, заключается в том, что он создает артефакты переключения на выходе и увеличивает входной ток смещения. На выходе усилителя пульсации и выбросы видны при просмотре на осциллографе, а выбросы шума видны в спектральной плотности шума при просмотре с помощью анализатора спектра. Из аналоговых устройств новейшие усилители с нулевым дрейфом, такие как семейство усилителей с нулевым дрейфом ADA4522, используют запатентованную схему контура смещения и коррекции пульсаций для уменьшения артефактов переключения.
Обрезка также используется для АЦП и инструментальные усилители . Прерывание используется для устранения этого шума в различных устройствах, таких как AD8237 с истинным напряжением питания, малошумящий и маломощный AD7124-4, инструментальный усилитель с нулевым дрейфом, 24-разрядный Σ-Δ АЦП, 32-разрядный Σ-Δ АЦП. , сверхмалошумящие AD7177-2 и т.д.
Одним из основных недостатков использования прямоугольной модуляции является то, что эти волны имеют различные гармоники. Таким образом, шум на каждой гармонике будет демодулирован в постоянный ток. Вместо этого, если мы используем синусоидальную модуляцию, то она гораздо менее уязвима к шуму и может улучшить очень слабые сигналы в большом шуме, в противном случае присутствуют помехи. Таким образом, этот подход используется через синхронные усилители.
Разница между тепловым шумом и мерцающим шумом
Различие между тепловым шумом и мерцающим шумом обсуждается ниже.
|
Тепловой шум |
Мерцающий шум |
| Шум, создаваемый тепловым возбуждением электронов в электрическом проводнике, находящемся в равновесии, известен как тепловой шум. | Шум, вызванный случайно захваченными и высвобождаемыми носителями заряда между двумя границами раздела материалов, известен как мерцающий шум. |
| Этот шум также известен как шум Джонсона, шум Найквиста или шум Джонсона-Найквиста. | Этот шум также известен как шум 1/f. |
| Тепловой шум возникает всегда, когда через резистор протекает ток.
|
Этот шум обычно возникает в полупроводниках, используемых в инструментальных усилителях для записи различных электрических сигналов. |
| Интенсивность теплового шума будет уменьшена компонентами с более низким паразитным сопротивлением. | Интенсивность этого шума будет уменьшена с помощью прерывателя или метода стабилизации прерывателя, где бы ни было уменьшено напряжение смещения усилителя. |
| Тепловой шум можно удалить, нормализовав сигнал обратного рассеяния в полном изображении РСА, что необходимо как для количественного, так и для качественного использования данных РСА. | Этот шум можно удалить с помощью различных методов, таких как возбуждение переменным током и прерывание.
|
Что такое фликер-шум в МОП-транзисторах?
Полевые МОП-транзисторы имеют высокую частоту среза (fc), как и диапазон ГГц, тогда как BJT & JFET имеют более низкую частоту среза, например 1 кГц. Как правило, JFET на низких частотах производят больше шума по сравнению с BJT, и они могут иметь высокую fc, например несколько кГц, и не являются предпочтительными для фликер-шума.
Преимущества и недостатки
Преимущества мерцающего шума включая следующее.
- Это низкочастотный шум, поэтому, если частота увеличивается, этот шум будет уменьшаться.
- Это собственный шум полупроводниковых устройств, связанный с производственным процессом и физическими особенностями устройств.
- Эффекты обычно наблюдаются на низких частотах внутри электронных компонентов.
недостатки мерцающего шума включая следующее.
- В любой прецизионной сигнальной цепи постоянного тока этот шум может ограничивать производительность.
- Общий уровень шума может быть выше уровня теплового шума во всех типах резисторов.
- Это зависит от частоты.
Приложения
применение мерцающего шума е включают следующее.
- Этот шум встречается в некоторых пассивных устройствах и во всех активных электронных компонентах.
- Это явление обычно происходит в полупроводниках, которые в основном используются для записи электрических сигналов в инструментальных усилителях.
- Этот шум в биполярных транзисторах определяет усилительные ограничения устройства.
- Этот шум возникает в резисторах из углеродного состава.
- Как правило, этот шум возникает в активных устройствах, потому что заряд имеет случайное поведение.
В). Почему мерцающий шум считается розовым?
Розовый шум также называют мерцающим шумом, поскольку его спектральная плотность мощности уменьшается на 3 дБ на октаву. Таким образом, мощность полосы розового шума обратно пропорциональна частоте. Чем выше частота, тем ниже мощность.
Q), Как мне избавиться от мерцающего шума?
Этот шум можно эффективно уменьшить с помощью метода стабилизации прерывателя, при котором напряжение смещения усилителя уменьшается.
В). Как измеряется мерцающий шум?
Измерение мерцающего шума по току или напряжению может быть выполнено аналогично другим видам измерения шума. Анализатор спектра выборки берет выборку шума за конечное время и вычисляет преобразование Фурье с помощью алгоритма БПФ. Эти инструменты не работают на низких частотах, чтобы полностью измерить этот шум. Таким образом, инструменты для отбора проб являются широкополосными и имеют высокий уровень шума. Это может уменьшить шум за счет использования нескольких выборочных трасс и их усреднения. Приборы-анализаторы спектра обычного типа по-прежнему имеют лучшее соотношение сигнал-шум из-за их узкополосного захвата.
Таким образом, это обзор мерцающего шума – работа с приложениями. Характеристики мерцающего шума: этот шум увеличивается при снижении частоты, этот шум связан с постоянным током в электронных устройствах и включает одинаковую мощность в каждой октаве. Вот вопрос к вам, что такое белый шум?
