Техника физического эксперемента (конспект) (стр. 13 из 14)
Напруга дробового шуму виникає на навантаженні:
Дуже подібним є шум струму розподілу, обумовлений випадковим характером попадання електронів на різні електроди, а також дискретністю носіїв заряду. Розраховується аналогічно. Додоаткові шуми струму розподілу вводять в коефіцієнт депресії.
Як і дробові шуми існують шуми лавинного помноження (газорозрядна трубка; гігагерцовий діапазон). Вони обумовлені випадковістю процесів утворенняносіїв в лавині та дискретністю носіїв заряду. Існують в газорозрядних та напівпровідникових приладах.
Енергетичний спектр шумів лавинного помноження по формі співпадає з енергетичним спектром дробового шуму.
М – коефіцієнт лавинного помноження. Енергетичний спектр шуму лавинного помноження в М
разів більший за енергетичний спектр дробового шуму.Діод використовують як генератор шумів. Змінюючи пряму навантаження, можна змінювати ефективне значення шуму.
Прямій гілці ВАХ діода відповідають дробові шуми, зворотній – шуми лавинного помноження.
В вакуумному діоді шуми лавинного помноження використовують в діапазоні від 0 до 600МГц на прямій гілці ВАХ в якості генераторів шуму.
Змінюючи напругу розжарення вакуумного діода при напрузі насичення (коли немає об’ємного заряду), регулюємо ефективне значення шуму.Теплові шуми дуже широкосмужні. Залежать від опору і температури.
Фотонні шуми подібні до дробових шумів. Використовуються в генераторах шуму (Г2-1). Кут прольоту фотонів на 5-6 порядків менший ніж у електронів.
J(υ) – інтенсивність фотонного шуму.Залежить від температури, при якій випромінюються фотони, або від енергії переходу (лазер).
Фотони описуються статистикою Бозе-Ейнштейна.
Флікерні шуми або шуми 1/f .
Низькочастотні технічні шуми. Щоб їх позбутися в вакуумних приладах використовують не оксидний катод, а катод прямого розжарювання, а в напівпровідникових приладах його неможливо позбутись. 
γ=1 для напівпровідників.
Діапазон: від
до 
Гц. На більших частотах флікерні шуми маскуються на фоні теплових. Це є найбільш високочастотна складова процесів старіння приладів.Всі шуми замінюються сумарними – тепловими еквівалентними шумами або дробовими еквівалентними шумами.
Ефективне значення шуму можна виміряти ваттметром, покази якого не залежать від форми сигналу (термоелектрична система, різні калориметричні методи).
Ефективне значення дорівнює:
Квазіпікове значення шуму Uк.п. вимірюють як середню амплітуду шумової ралізації.
Пікфактор:
Структурна схема прилада для вимірювання ефективного значення шуму:
Нормалізація шумів.
Якщо електронна система лінійна, то є шуми на вході і на виході. Якщо на вході нормальний шум, то на виході він такий самий. Якщо на вході шум відрізняється від нормального, то на виході він наближається до нормального тим ближче, чим більше співвідношення смуги частот енергетичного спектру до смуги частот відкопідсилювача. У випадку, коли смуга частот енергетичного спектра в (3...6) разів більша смуги відеопідсилювача, то на виході шуми можна вважати нормальними. В нелінійних схемах треба розраховувати закон розподілу з урахуванням амплітудної характеристики схеми.
Є ряд приладів, які безпосередньо вимірюють інтегральну ймовірність.
Змінюючи Uпор., знаходять інтегральну ймовірність перевищення за формулою
Щоб визначити диференційну ймовірність, вибирають 2 значення Uпор. , знаходять їх різницю Δu :
Прилад для вимірювання інтегральної ймовірності.
Прилад для вимірювання диференційної ймовірності.
Δtі – інтервали часу, де Uпор<U<Uпор+Δu65. Аналогові та цифрові вимірювачі густини ймовірності випадкових сигналів.
Важливо виміряти функцію розподілу ймовірності шуму. Найбільш поширена функція густини ймовірності – гаусівська.
Аналоговий пристрій для вимірювання густини ймовірності:
Досліджуваний сигнал Х(t) подається на вхідний пристрій ВхП, що узгоджує рівень сигналу відносно наступних вузлів. Амплітудні селектори АС1 та АС2 виділяють сигнали з амплітудою, яка перевищує заданий поріг селекції. Поріг першого селектора дорівнює Х, другого – Х+ΔХ. На виході селектора АС1 получаються прямокутні імпульси U1, тривалістю Δt1i, яка дорівнює інтервалам часу перевищення рівня Х. На виході селектора АС2 получаються прямокутні імпульси U2, тривалістю Δt2i, яка дорівнює інтервалам часу перевищення рівня Х+ΔХ. Формуючі пристрої ФП1 і ФП2 вирівнюють висоту імпульсів. Вихідна напруга ФП1 усереднюється в блоці усереднення БУ та поступає на реєструючий пристрій РП. Отримане значення пропорційне ординаті функції розподілу F(x) на рівні Х.
Для отримання значення ординати щільності ймовірності р(х) обидві послідовності імпульсів U1 та U2 з обох ФП поступають на віднімаючий пристрій ВП, на виході якого з’являються імпульси тривалістю Δt3i= Δt1i- Δt2i. Після усереднення всій суми цих різниць на РП поступає значення, що пропорційне ординаті щільності ймовірності в інтервалі ΔХ.
Цифровий прилад для вимірювання густини ймовірності.
Статистичний аналізатор. На два вхідні пристрої ВхП1 та ВхП2 подають досліджуваний сигнал. Після цього він подається на входи 1 порівняльних пристроїв ПП1 та ПП2, одночасно на входи 2 цих пристроїв поступають напруги від пристрою встановлення порогу порівняння ВПП на рівні Х та Х+ΔХ. Порівняльні пристрої пропускають напруги реалізації тільки коли відкриваються імпульсами опитування Uоп, які виробляє генератор опитування ГО. Частота цих імпульсів відповідає обраному кроку дискретизації.
Якщо значення реалізації перевищує встановлений рівень Х, то на виході ПП1 з’являються імпульси U1, кількість яких пропорційна часу перевищення. Аналогічно, якщо значення х(t) перевищує встановлений рівень Х+ ΔХ, то на виході ПП2 з’являються імпульси U2, кількість яких пропорційна часу перевищення. Імпульси U1 та U2 в формуючих пристроях ФП1 та ФП2 перетворюються в ідентичні імпульси однакової полярності і поступають в блок віднімання БВ. Коли значення х(t) перевищує Х+ΔХ, то на обидва входи БВ поступають 2 імпульси, вони віднімаються та на вихід БВ проходять імпульси U3 ,які реєструє цифровий частотомер ЦЧ1. Число n підрахованих імпульсів співпадання за інтервал часу Т пропорційне значенню оцінки густини ймовірності на даному рівні Х. Число імпульсів опитування N реєструється за той же час вимірювання Т цифровим частотомером ЦЧ2. Ордината щільності ймовірності
pi(x)=n/( ΔХN).
66. Визначення та вимірювання коефіцієнта шуму електронних систем.
В самому загальному випадку коефіцієнт шуму – це відношення потужності шумівна виході підсилювача до потужності шумів на виході ідеального підсилювача.
