We wzmacniaczu operacyjnym występują różne źródła szumów ( wzmacniacz operacyjny ), ale najbardziej tajemniczym źródłem hałasu jest szum migotania. Jest to spowodowane nieprawidłowościami w obrębie ścieżki przewodzenia i szumem z powodu prądów polaryzacji w tranzystorach. Szum ten wzmacnia się odwrotnie do częstotliwości, dlatego często nazywany jest szumem 1/f. Hałas ten występuje jeszcze przy wyższych częstotliwościach; jednak inne źródła szumu we wzmacniaczu operacyjnym zaczynają kontrolować, przeciwstawiając się efektom szumu 1/f. Hałas ten wpłynie na całą elektronikę, np. na działanie wzmacniacze ale to źródło szumu nie ma ograniczeń w systemach akwizycji danych o niskiej częstotliwości. Aby zapewnić najlepszą wydajność prądu stałego, taką jak niski dryft offsetowy i niski offset początkowy, wzmacniacze zerowego dryftu mają również dodatkową zaletę w postaci eliminacji szumu migotania, co jest bardzo ważne w zastosowaniach o niskiej częstotliwości. W tym artykule omówiono przegląd szum migotania –działanie i jego zastosowania.
Co to jest szum migotania/definicja szumu migotania?
Szum migotania lub szum 1/f to rodzaj szumu elektronicznego, który po prostu występuje w prawie wszystkich urządzeniach elektronicznych i może wiązać się z różnymi innymi efektami, takimi jak zanieczyszczenia w kanale przewodzącym, szum generowania i rekombinacji w tranzystorze z powodu prądu bazowego. Szum ten jest często nazywany szumem różowym lub szumem 1/f. Hałas ten występuje głównie we wszystkich urządzeniach elektronicznych i ma różne przyczyny, chociaż generalnie są one związane z przepływem prądu stałego. Ma to znaczenie w wielu dziedzinach elektroniki i jest istotne w oscylatorach wykorzystywanych jako źródła RF.
Szum ten jest również znany jako szum niskoczęstotliwościowy, ponieważ gęstość widmowa mocy tego szumu wzrośnie wraz ze wzrostem częstotliwości. Ten szum można normalnie zaobserwować przy częstotliwościach poniżej kilku kHz. Pasmo szumu migotania mieści się w zakresie od 10 MHz do 10 Hz.
Równanie szumu migotania
Migotanie występuje po prostu w prawie wszystkich elementach elektronicznych. Więc ten szum jest wspomniany w odniesieniu do urządzeń półprzewodnikowych, takich jak tranzystory, a zwłaszcza MOSFET urządzenia. Hałas ten można wyrazić jako
S(f) = K/f
Zasada działania szumu migotania
Szum migotania działa poprzez zwiększenie ogólnego poziomu szumu powyżej poziomu szumu termicznego, który jest obecny we wszystkich rezystorach. Ten szum można po prostu znaleźć w grubych filmach i rezystory węglowe , wszędzie tam, gdzie jest to znane jako nadmierny szum, natomiast rezystory drutowe mają najmniejszą ilość szumu migotania.
Hałas ten może być powodowany przez nośniki ładunku, które są uwięzione i uwalniane losowo między interfejsami dwóch materiałów. Tak więc zjawisko to występuje normalnie w półprzewodnikach, które są wykorzystywane we wzmacniaczach pomiarowych do rejestracji sygnałów elektrycznych.
Ten szum jest po prostu proporcjonalny do przeciwnej częstotliwości. W wielu zastosowaniach, takich jak oscylatory RF, istnieje wiele regionów, w których dominuje szum i inne regiony, w których dominuje biały szum ze źródeł takich jak szum wystrzału i szum termiczny. Ogólnie rzecz biorąc, ten szum przy niskich częstotliwościach dominuje w prawidłowo zaprojektowanym systemie.
Eliminacja szumu 1/F
Ogólnie siekanie lub Siekacz technika stabilizacji służy do zmniejszenia napięcia niezrównoważenia wzmacniacza. Ale ponieważ szum migotania jest zbliżony do szumu o niskiej częstotliwości prądu stałego, jest on również skutecznie redukowany przy użyciu tej techniki. Technika ta polega po prostu na przerywaniu lub zmienianiu sygnałów i/p na etapie i/p, a następnie na ponownym przerywaniu sygnałów na etapie o/p. Więc to jest równe modulacja z falą kwadratową.
Na powyższym schemacie blokowym ADA4522 sygnał i/p można po prostu modulować do częstotliwości przerywania w CHOP W scena. Sygnał i/p na CHOP NA ZEWNĄTRZ stopień jest synchronicznie demodulowany z powrotem do częstotliwości początkowej, a jednocześnie szum migotania i przesunięcie stopnia i/p wzmacniacza są po prostu modulowane do częstotliwości przecinania.
Oprócz zmniejszenia pierwotnego napięcia przesunięcia, zmiany w zakresie napięcia przesunięcia i napięcia w trybie wspólnym są zmniejszone, co zapewnia bardzo dobrą liniowość prądu stałego i wysoki CMRR (współczynnik tłumienia w trybie wspólnym). Przecinanie zmniejsza również dryft napięcia offsetowego i temperaturę, z tego powodu wzmacniacz wykorzystujący przerywanie jest często nazywany wzmacniaczem o zerowym dryfie. W tym przypadku jedną z głównych rzeczy, które musimy wziąć pod uwagę, jest to, że wzmacniacze o zerowym dryfie usuwają tylko szum migotania wzmacniacza. Wszelkie szumy migotania z różnych źródeł, takich jak czujnik, przejdą bez zmian.
Kompromis zastosowany do krojenia polega na tym, że ustawia artefakty przełączania na wyjściu i wzmacnia wejściowy prąd polaryzacji. Na wyjściu wzmacniacza tętnienia i zakłócenia są widoczne po obejrzeniu na oscyloskopie, a skoki szumu są widoczne w gęstości widmowej szumu podczas oglądania za pomocą analizatora widma. Z urządzeń analogowych, najnowsze wzmacniacze o zerowym dryfie, takie jak rodzina wzmacniaczy o zerowym dryfie ADA4522, wykorzystują opatentowany obwód offsetu i pętli korekcji tętnienia, aby zredukować artefakty przełączania.
Siekanie jest również używane w przypadku ADC i wzmacniacze instrumentalne . Chopping jest stosowany w celu wyeliminowania tego szumu w różnych urządzeniach, takich jak AD8237 true rail-to-rail, AD7124-4 o niskim poziomie szumów i małej mocy, wzmacniacz oprzyrządowania o zerowym dryfie, 24-bitowy Σ-Δ ADC, 32-bitowy Σ-Δ ADC , AD7177-2 ultraniski poziom hałasu itp.
Jedną z głównych wad stosowania modulacji fali prostokątnej jest to, że fale te mają różne harmoniczne. Tak więc szum przy każdej harmonicznej zostanie demodulowany do prądu stałego. Zamiast tego, jeśli użyjemy modulacji fali sinusoidalnej, jest ona znacznie mniej podatna na szum i może poprawić bardzo małe sygnały w dużym szumie, w przeciwnym razie obecność zakłóceń. Tak więc to podejście jest stosowane we wzmacniaczach typu lock-in.
Różnica między szumem termicznym a szumem migotania
Poniżej omówiono różnicę między szumem termicznym a szumem migotania.
|
Szum termiczny |
szum migotania |
| Hałas generowany przez termiczne mieszanie elektronów w przewodniku elektrycznym w równowadze jest znany jako szum termiczny. | Hałas powodowany przez przypadkowo uwięzione i uwolnione nośniki ładunku między interfejsami dwóch materiałów jest znany jako szum migotania. |
| Hałas ten jest również znany jako szum Johnsona, szum Nyquista lub szum Johnsona-Nyquista. | Ten szum jest również znany jako szum 1/f. |
| Szum termiczny występuje zawsze, gdy prąd przepływa przez rezystor.
|
Ten szum zwykle występuje w półprzewodnikach, które są wykorzystywane we wzmacniaczu pomiarowym do rejestrowania różnych sygnałów elektrycznych. |
| Intensywność hałasu termicznego zostanie zmniejszona przez niższe składowe odporności pasożytniczej. | To natężenie szumu zostanie zmniejszone poprzez zastosowanie metody stabilizacji przerywacza lub przerywacza, wszędzie tam, gdzie zmniejsza się napięcie przesunięcia wzmacniacza. |
| Szum termiczny można usunąć poprzez normalizację sygnału rozproszenia wstecznego na pełnym obrazie SAR, co jest niezbędne zarówno do ilościowego, jak i jakościowego wykorzystania danych SAR. | Hałas ten można usunąć za pomocą różnych technik, takich jak wzbudzanie prądem przemiennym i siekanie.
|
Co to jest szum migotania w MOSFET?
Tranzystory MOSFET mają wysoką częstotliwość odcięcia (fc), podobnie jak zakres GHz BJT & JFET mają niższą częstotliwość odcięcia, taką jak 1 kHz. Ogólnie rzecz biorąc, JFET przy niskich częstotliwościach wykazują więcej szumów w porównaniu z BJT i mogą mieć wysokie „fc”, na przykład kilka kHz, i nie są preferowane w przypadku szumu migotania.
Zalety i wady
The zalety szumu migotania zawierać następujące.
- Jest to hałas o niskiej częstotliwości, więc jeśli częstotliwość wzrośnie, hałas ten zostanie zmniejszony.
- Jest to nieodłączny hałas w urządzeniach półprzewodnikowych, związany z procedurą produkcji i fizyką urządzeń.
- Efekty obserwuje się zwykle przy niskich częstotliwościach w elementach elektronicznych.
The wady szumu migotania zawierać następujące.
- W każdym precyzyjnym łańcuchu sygnałowym DC ten szum może ograniczać wydajność.
- We wszystkich typach rezystorów ogólny poziom szumów może wzrosnąć ponad poziom szumów termicznych.
- Jest to zależne od częstotliwości.
Aplikacje
The zastosowania szumu migotania zawierać następujące elementy.
- Ten hałas występuje w niektórych urządzeniach pasywnych i wszystkich aktywnych komponentach elektronicznych.
- Zjawisko to zwykle występuje w półprzewodnikach, które są wykorzystywane głównie do rejestrowania sygnałów elektrycznych we wzmacniaczach pomiarowych.
- Ten szum w BJT określa wzmacniające ograniczenia urządzenia.
- Ten szum występuje w rezystorach o składzie węglowym.
- Zasadniczo ten hałas występuje w urządzeniach aktywnych, ponieważ ładunek ma losowe zachowanie.
Q). Dlaczego szum migotania jest uważany za różowy?
Różowy szum jest również nazywany szumem migotania, ponieważ jego widmowa gęstość mocy zmniejsza się o 3 dB na oktawę. Tak więc moc pasma szumu różowego jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Gdy częstotliwość jest wyższa, moc jest niższa.
Q), Jak mogę pozbyć się szumu migotania?
Ten szum można skutecznie zredukować za pomocą techniki stabilizacji przerywacza, w której zmniejsza się napięcie przesunięcia wzmacniacza.
Q). Jak mierzony jest szum migotania?
Pomiar szumu migotania w prądzie lub napięciu można wykonać podobnie jak inne rodzaje pomiaru szumu. Instrument analizatora widma próbkowania pobiera próbkę w skończonym czasie z szumu i oblicza transformatę Fouriera za pomocą algorytmu FFT. Instrumenty te nie działają na niskich częstotliwościach, aby całkowicie zmierzyć ten hałas. Tak więc instrumenty do pobierania próbek są szerokopasmowe i mają wysoki poziom szumów. Mogą one zmniejszyć szum, używając wielu śladów próbek i uśredniając je. Konwencjonalne analizatory widma nadal mają doskonały współczynnik SNR ze względu na ich wąskopasmową akwizycję.
Tak jest przegląd szumu migotania – praca z aplikacjami. Charakterystyka szumu migotania to; ten szum wzrasta, gdy częstotliwość spada, ten szum jest związany z prądem stałym w urządzeniach elektronicznych i zawiera taką samą zawartość mocy w każdej oktawie. Oto pytanie do ciebie, co to jest biały szum?
