Аннотация
Научно-образовательныЙ материал
по теме
Флуктуационные явления и шумы в активных электронных элементах и устройствах на их основе.
ВОРОБЬЕВ М. Д. VorobyevMD@mpei.ru
Работа во многих областях науки и техники связана с использованием электронных измерительных приборов, включая приборы, предназначенные для измерения сигналов малого уровня. Проведение таких измерений нередко наталкивается на трудности, связанные с недостаточным уровнем знания по методам измерения слабых сигналов на фоне больших помех различных видов. Кроме того, пользователи, как правило, не имеют отчетливых представлений о природе возникновения флуктуационных шумов, служащих главной причиной недостаточно высокой чувствительности измерительной аппаратуры при проведении экспериментальных исследований и практических работ. В ряде случаев приходится самостоятельно создавать наиболее ответственные входные узлы аппаратуры, поскольку имеющиеся на рынке не обеспечивают выполнение задач в полном объеме либо недоступны из-за чрезмерно высокой стоимости. Все перечисленное служит основания для того, чтобы предложить для инженерно-технических и научных работников, а также для студентов и аспирантов научно-образовательные материалы по теме «Флуктуационные явления и шумы в активных электронных элементах и устройствах на их основе». Материалы оформлены в виде презентации, содержащей 90 слайдов с комментариями. Просмотр презентации и изучение содержания каждого слайда позволит принять решение о том, какой из разделов представляет наибольший интерес и на чем следует при более глубоком изучении материала сконцентрировать свое внимание.
Презентация содержит следующие разделы. В первом из них приведены известные понятия, термины, соотношения и законы, обычно относимые к теории вероятностей и математической статистике. Приводятся только те соотношение, которые совершенно необходимы для понимания дальнейшего, в ряде случаев делаются значительные упрощения, не оказывающие влияния на конечные результаты. Рассматриваются (без доказательства) теоремы, лежащие в основе теории случайных процессов и спектрального анализа, методы нахождения спектральных характеристик случайных процессов. Отдельные разделы посвящены природе возникновения теплового шума в полупроводниковых материалах, служащих основой для современных активных элементов. Рассмотрено, как трансформируются тепловые шумы в электронных цепях при наличии в них реактивных элементов. Анализируются методы расчета тепловых шумов в электронных цепях различной сложности. Значительное внимание уделяется другому фундаментальному источнику шумов – дробовому шуму и методам его расчета в цепях с реактивностями. При этом в качестве источника дробового шума выступает электронно-дырочный переход, содержащийся практически в каждом активном электронном элементе. Уделено внимание также дробовым шумам, сопровождающим работу электронных эмиттеров различных видов электровакуумных приборов. Анализируется работа биполярного и полевых транзисторов, дается представление о местах локализации основных источников шума. Рассматриваются вопросы, связанные с созданием оптимальных условий работы транзисторов с точки зрения минимальных шумов, и схемотехнических способов снижения шумов.
В качестве примера на нижеследующих рисунках приведены слайды разделов, в которых рассматриваются случайные процессы, их параметры и спектральные характеристики шума в различных физических системах.
На следующих рисунках показано согласование транзистора с источником сигнала по шумам, способствующее созданию малошумящего устройства, рекомендации по выбору активного элемента для малошумящего усилителя и влияние отрицательной обратной связи на шумы.
______________________________________________________________
