Zgomot de împușcături

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 25 septembrie 2021; verificarea necesită 1 editare .

Zgomotul de împușcare sau zgomotul Poisson reprezintă fluctuații aleatorii ale numărului de particule în raport cu valoarea lor medie asociată cu discretitatea lor. Pentru particulele încărcate electric - electroni , ionii se manifestă ca fluctuații de curent în circuitele electrice și aparatele electrice . Mișcarea fiecărui purtător de sarcină în circuit printr-o suprafață imaginară care taie firul este însoțită de o creștere a curentului în circuit, datorită caracterului discret al purtătorilor de sarcină electrică . Pentru particulele neîncărcate, cum ar fi fotonii, apare atunci când numărul de fotoni este înregistrat de un detector.

Zgomotul împuşcăturii a fost prezis de Walter Schottky în 1918 .

Spre deosebire de zgomotul termic , cauzat de mișcarea termică a electronilor, zgomotul de împușcare este independent de temperatură .

Zgomotul de fotografiere apare, de exemplu, sub forma unui zgomot acustic caracteristic în dinamica unui receptor radio , sub formă de „zăpadă” pe un ecran TV , interferențe, așa-numita „iarbă” pe indicatorul radar etc.

Zgomotul de lovituri este componenta principală a zgomotului intern a majorității dispozitivelor electronice, ceea ce duce la distorsiunea aditivă a semnalelor slabe utile și limitează raportul semnal-zgomot al amplificatoarelor electronice sensibile.

Termenul „zgomot de împușcare” (și, de asemenea, efect de împușcare ) a apărut datorită faptului că, datorită acestuia, zgomotul acustic apare într-un difuzor conectat la ieșirea unui amplificator sau receptor radio, perceput de ureche ca asemănător cu zgomotul căderii granulelor . .

În dispozitivele electron-vacuum (EVD), fluctuațiile de curent apar pe suprafața unui catod emițător de electroni datorită naturii statistice a emisiei de electroni și a discretității sarcinii.

Densitatea de curent spectral a catodului de zgomot de împușcare în timpul funcționării EEW în modul de saturație este determinată de relația ( formula Schottky ), unde este sarcina electronului, este curentul mediu. Spectrul fluctuațiilor curentului anodic cauzat de zgomotul de împușcare al curentului catodic are o densitate spectrală de putere constantă până la frecvențe foarte înalte (până la frecvențe la care timpul de zbor al unui electron de la catod la anod devine semnificativ). $S_{\omega}(I)$ $S_{\omega}(I)=eI_{0)$ $e$ $I_0$

Datorită răspândirii termice a vitezelor electronilor, zgomotul de împușcare este întotdeauna însoțit de fluctuații nu numai ale curentului, ci și ale altor caracteristici ale fasciculului de electroni, de exemplu, densitatea de sarcină în volum.

Zgomotul de împușcare, a cărui natură este asemănătoare zgomotului de împușcare în EEW, este observat și în dispozitivele semiconductoare . Acestea din urmă disting între zgomotul de împușcare cauzat de fluctuațiile deplasării purtătorului de sarcină și zgomotul cauzat de fluctuațiile difuziei purtătorului de sarcină.

Valoarea medie a semnalului și caracteristicile sale spectrale la ieșirea unui sistem liniar, la intrarea căruia există zgomot de împușcare, pot fi calculate folosind teorema lui Campbell .

Densitatea spectrală

Lasă un curent să circule printr-un dispozitiv electronic, format dintr-un flux de purtători de sarcină independenți, cu o frecvență medie [1] . Trecerea fiecărui purtător de sarcină determină un impuls de curent în circuitul extern. Din teorema lui Carson rezultă că spectrul fluctuațiilor curentului format dintr-o succesiune de impulsuri independente , unde , este spectrul unui impuls elementar. Introducând spectrul normalizat și ținând cont de faptul că și , obținem . $\hambar}$ $\Delta i$ $S_{in}(\omega )=2{\bar {n}}\left|S_{i}(j\omega)\right|^{2}$ $S_{i}(j\omega)=\int \limits _{-\infty }^{\infty }\Delta i(t)e^{-j\omega t}dt$ $S_{i}^{0}(j\omega )={\frac {S_{i}(j\omega )}{S_{i}(0)))$ $S_{i}(0)=q$ $q{\bar {n}}=I_{0}$ $S_{in}(\omega)=2qI_{0}\left|S_{i}^{0}(j\omega)\right|^{2)$

Exemplu

Considerăm o joncțiune pn µm lățime prin care purtătorii de sarcină zboară cu o viteză cm/s [1] . Să presupunem că fiecare purtător de sarcină se mișcă cu o viteză constantă și în timpul trecerii joncțiunii pn, un impuls de curent dreptunghiular cu o durată de c. $d=1$ $v=10^{7}$ $\tau ={\frac {d}{v}}=10^{-11}$

În acest caz , modulul densității spectrale va fi

\left|S_{i}^{0}(j\omega )\right|={\frac {\sin ^{2}{\left({\frac {1}{2}}\omega \ tau \right)}}{\left({\frac {1}{2}}\omega \tau \right)^{2}}}

Scăderea unei astfel de densități spectrale de acest fel cu 10% în comparație cu valoarea sa la o frecvență va fi la o frecvență . În acest exemplu, la o frecvență de Hz. $f=0$ $f_{max}={\frac {1}{2\pi \tau }}$ $f_{max}=16\cdot 10^{10)$

Vezi și

Note

↑ 1 2 Zhalud V., Kuleshov V. N. Noise in semiconductor devices. - M .: Radio sovietică , 1977. - C. 25

Literatură

McDonald D. Introducere în fizica zgomotului și a fluctuațiilor, M., Mir, 1964