рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Шумы, обусловленные равновесными температурными флуктуациями

Шумы, обусловленные равновесными температурными флуктуациями - раздел Электротехника, Флуктуационные шумы Впервые Этот Шум Наблюдали Восс И Кларк В Металлических Пленках. Этот Вид Шум...

Впервые этот шум наблюдали Восс и Кларк в металлических пленках. Этот вид шума имеет равновесный характер и связан с флуктуациями сопротивления пленочного образца из-за термических (энергетических) флуктуаций. Шум, обусловленный температурными флуктуациями любого физического тела, возникает из-за теплообмена между этим телом и окружающей его средой (термостатом) из-за флуктуаций испускаемого и поглощаемого излучения. При этом низкочастотные флуктуации напряжения на пленочном образце вызываются термодинамическими флуктуациями средней по объему температуры T пленки.

Равновесный характер флуктуаций сопротивления был доказан Воссом и Кларком в прямых экспериментах по измерениям амплитудных флуктуаций теплового шума пленок InSb и островковых пленок ниобия при отсутствии тока через образец. Эти флуктуации в определенном диапазоне частот имели спектр вида 1/f, которые обнаруживались также при пропускании постоянного, синусоидального и импульсного токов. При всех способах измерения спектр шума был один и тот же (вида 1/f). Заметим, что в этих экспериментах проходящий через пленку ток не создает флуктуаций, а только выявляет термические флуктуации сопротивления.

Кроме температурных флуктуаций, возникающих из-за теплообмена между пленочным образцом и термостатом, существуют флуктуации теплообмена между отдельными частями пленки или теплопроводящими элементами схемы (провода, контакты, соединения и т.д.), связанные с окружающим пространством, которые также дают дополнительный шум.

При нахождении источника шума (пленки) в воздухе или в жидкости возникают также флуктуации, связанные с конвективным теплообменом; однако они могут быть исключены путем помещения образца в вакуум.

Рассмотрим кратко модель шума, обусловленного равновесными термодинамическими флуктуациями температуры. Когда металлическая пленка или любой другой проводник находятся в тепловом равновесии с окружающей средой (с термостатом) при средней температуре окружающей среды (термостата) T0, они испытывают температурные флуктуации , обусловленные теплообменом с окружающей средой.

Как известно из статистической физики в состоянии термодинамического равновесия средний квадрат флуктуаций температуры любого физического тела вследствие теплообмена его с термостатом определяется:

(3.39)

где CV – теплоемкость пленочного образца, которая определяется через массу образца m и удельную теплоемкость материала cv, из которого он изготовлен, выражением:

CV = cvm (3.40)

Как видно из выражений (3.37) и (3.38) с уменьшением размеров пленочного образца термодинамические флуктуации температуры увеличиваются. Поэтому следует ожидать, что в наноразмерных проводниках эти флуктуации будут играть особую роль.

Флуктуации температуры , в свою очередь, приводят к флуктуациям сопротивления образца , которые определяются:

(3.41)

где R – среднее сопротивление образца, – температурный коэффициент сопротивления.

Тогда при заданном через образец постоянном токе I СП флуктуаций напряжения на образце определяется:

SU(f) = I2 R2 (3.42)

Здесь – обобщенная СП флуктуаций усредненной по объему образца температуры, выраженная в единицах К2/Гц, которая в некотором диапазоне частот может изменяться по закону 1/fγ, причем

(3.43)

Выражение (3.42) для СП флуктуаций получено на основе модели равновесных термических (энергетических) флуктуаций. Вопрос о том, в силу каких физических причин температурные флуктуации создают спектр вида 1/fγ в некотором диапазоне частот, остается не выясненным до конца. Большие постоянные времени могут быть связаны с процессом теплообмена пленки с окружающей средой.

Если 1/fγ шум вызван флуктуациями температуры, то вследствие распространения тепла вдоль пленки всегда должна наблюдаться пространственная корреляция шума на расстоянии порядка λ(f) ≈ , где D – коэффициент температуропроводности металлической пленки, f – частота, на которой измеряется шум. Наличие пространственной корреляции шума физически означает, что за период колебаний 1/2πf тепло распространяется на расстояние порядка λ(f).

Пространственная корреляция в тонких металлических пленках наблюдается экспериментально (см. раздел ). Кроме этого, поскольку указанный механизм возникновения шума вида 1/f обусловлен в конечном счете флуктуациями сопротивления образца, то спектральная плотность флуктуаций напряжения должна быть пропорциональна I2. На практике наблюдаются отклонения oт этого закона, что указывает на проявление других механизмов возникновения 1/f шума в металлических пленках, кроме механизма обусловленного термомодуляцией проводимости, из-за температурного коэффициента сопротивления.

В частности, флуктуации температуры приводят также к рождению микродефектов (прежде всего вакансий) в металлических пленках, что в свою очередь вызывает модуляцию проводимости пленки и, как следствие, к возникновению равновесного вакансионного 1/f шума, уровень которого может быть значительно больше, (см. раздел ).

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Флуктуационные шумы

На сайте allrefs.net читайте: "Флуктуационные шумы"

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Шумы, обусловленные равновесными температурными флуктуациями

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Некоторые сведения о флуктуациях
Флуктуации являются характеристиками физических параметров макромира и макросистем. Под макросистемой понимают обычно систему, построенную из большого числа атомов и молекул. Набор макроскопических

Флуктуации давления газа в камере
Возьмем закрытый сосуд некоторого объема V с одной молекулой газа, движущейся внутри него. Эта молекула случайно сталкивается со стенками сосуда и передает стенке сосуда определенное количество дви

Переход от механики Ньютона к статистической механике.
Пусть частица с массой m, подчиняющаяся законам механики Ньютона, совершает свободное падение в вязкой среде (газ, жидкость) с коэффициентом трения kтр. При этом сил

Флуктуации электрических величин и шумы в радиофизике
С практической точки зрения наибольший интерес представляет изучение флуктуаций тока и напряжения (электрические шумы) в компонентах интегральных схем, в самих ИС и других электронных устройствах,

Способы описания шумов
Шумовые напряжение, ток (или другие флуктуирующие физические величины, например, сопротивление, емкость) не могут быть предсказаны заранее. Однако для них могут быть рассчитаны различные статистиче

Статистические характеристики случайного процесса
В статистической радиофизике изучают случайные величины, зависящие от времени, для которых широко используют такое понятие, как случайный (стохастический) процесс. Часто вместо случайного процесса

Математические характеристики шума.
Наиболее важными для практических приложений вероятностными характеристиками случайного процесса являются одновременная

Автокорреляцинная функция
Среднее значение и дисперсия случайного процесса не описывают связи между величинами случайного напряжения в различные моменты времени. Для этого служит автокорреляционная (корреляционная) функция,

Спектральная плотность мощности стационарного случайного процесса
Наиболее важной характеристикой стационарных случайных процессов является спектральная плотность мощности, описывающая распределение мощности шума по частотному спектру. Рассмотрим стационарный слу

Tеорема Винера-Хинчина
Энергетический спектр S(f) и автокорреляционная функция K(t) стационарного случайного процесса x(t) связаны друг с другом парой преобразования Фурье (теорема Вине

Широкополосные и узкополосные случайные процессы. Б171
Стационарный случайный процесс с непрерывным энергетическим спектром называют узкополосным, когда спектр его сосредоточен в относительно узкой полосе частот

Импульсные случайные процессы
Многие задачи, получившей широкое развитие в последние годы, приводят к исследованию спектров последовательностей идентичных импульсов. Основные параметры, характеризующие геометрическую форму или

Взаимная корреляционная функция и взаимный энергетический спектр
Во многих практических задачах приходится изучать одновременно два или большее число случайных процессов. Для двух случайных переменных x и y, совместная функция плотности вероятности

Коэффициент корреляции между двумя случайными напряжениями
На практике часто имеют дело с различными источниками шумовых напряжений и токов в компонентах ИС и электронных приборах. Рассмотрим для примера два случайных напряжения и1 (t

Метод Ланжевена
Этот метод был развит Ланжевеном вскоре после появления основополагающей работы Эйнштейна по теории броуновского движения (1905), где ему удалось учесть как вязкость, так и инерционные силы, действ

Тепловой шум.
В любом проводнике или полупроводнике всегда имеются свободные носители тока, находящиеся в хаотическом тепловом движении. При этом может оказаться, что в определенный момент времени в одном направ

Вывод формулы Найквиста
Проведем расчет спектральной плотности мощности для теплового шума резистора ST , т.е. приведем доказательство теоремы Найквиста (1928). Тепловой шум резистора может быть описан с

Обобщенная теорема Найквиста для линейного двухполюсника
Формула Найквиста обобщается на случай любого линейного двухполюсника с комплексным сопротивлением Z(f)=R(f)+iX(f), где R(f) – действительная

Формула Гупта.
Гупта рассчитал тепловой шум для нелинейной чисто резистивной системы (1978). В случае нелинейной вольт-амперной характеристики (ВАХ) двухполюсника в формулы Найквиста (3.13) и (3.14) следует подст

Квантовая модификация формулы Найквиста
Формула Найквиста годится не для всех частот, а лишь для тех частот, для которых можно пренебречь квантовыми эффектами, т.е. когда выполняется соотношение hpf/кТ<<1,

Мощность тепловых шумов
Рассмотрим схему на рис. 3.2, где шумящее сопротивление R является источником теплового шума, который представлен генератором напряжения UT =

Флуктуационно-диссипационная теорема
Теорема Найквиста является частным случаем гораздо более общей флуктуационно-диссипационной теоремы (ФДТ). Физический смысл ФДТ заключается в том, что чем больше потери в системе на данной частоте

Шум горячих электронов (диффузионный шум). Шумовая температура.
Электронный газ в полупроводнике, подвергнутому действию сильного электрического поля, является неравновесным, поскольку средняя энергия движения электронов увеличивается и становится больше их рав

Дробовой шум. Связь между дробовым шумом и зарядом носителей.
Дробовой шум, наряду с тепловым, является одним из основных источников шумов в электронных лампах, полупроводниковых приборах и в других радиоэлектронных устройствах. Причиной дробового шума являет

Генерационно-рекомбинационный шум в полупроводниках.
В полупроводниках и в приборах на их основе наблюдается еще один вид шума, создаваемый флуктуациями скоростей генерации и рекомбинации носителей, что приводит к флуктуациям концентрации свободных н

Взрывной шум или шум в виде случайного телеграфного сигнала.
В дополнение к рассмотренным выше видам шумов, в различных типах твердотельных приборов наблюдается еще один тип электрического шума – импульсный (взрывной) шум, проявляющийся в ступенчатых изменен

Фотонный шум
Свет – это поток фотонов. Отражаясь от объектов и пройдя через объектив телевизионной камеры, фотоны попадают на фоточувствительную поверхность, например, матрицы ПЗС, которая, по существу, являетс

Изучение эффекта Баркгаузена.
Эффект Баркгаузена можно легко продемонстрировать на опыте. Для этого нужно взять катушку индуктивности с сердечником из магнитного материала и подсоединить ее выводы к усилителю низкой частоты с в

Равновесные и неравновесные флуктуации
Макросистема с постоянным числом частиц находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой (термостатом), если средний поток энергии между ними равен нулю. Равновесие подразумевает взаимо

Магнитные флуктуации в природе
Рассмотрим вначале магнитные бури. Как известно, наша планета Земля обладает магнитным полем, то есть по сути является большим магнитом. Полюсы этого магнита располагаются близко к

Флуктуации в биологии и физиологии
Значения биологических параметров всегда флуктуирует во времени: это и естественно, иначе биологическое тело не может быть живым. Возможно, флуктуации в биологических системах играют положительную

Стохастический резонанс
Удивительным явлением Природы является так называемый стохастический резонанс, заключающийся в повышении чувствительности нейронов или рецепторов (концевых образований нервов, спос

Преобразование шума в линейных цепях
Рассмотрим теперь, как преобразуется электрический шум в линейных цепях. Пусть на вход линейного четырехполюсника с коэффициентом передачи К(f) (рис. 5.1) подключен источник шума X

Эквивалентные шумовые схемы пассивного двухполюсника
Произвольный пассивный двухполюсник можно представить в виде одной из двух эквивалентных шумовых схем, изображенных на рис. 6.1 и 6.2. Заметим, что шумы в пассивных двухполюсниках обусловлен

Эквивалентные шумовые схемы четырехполюсников
Произвольный линейный шумящий четырехполюсник может быть представлен в виде эквивалентных шумовых схем. Сифоровым (1948) доказано, что шумовые свойства любого пассивного линейного четырехполюсника

Коэффициент шума усилителя и методы его измерения
Коэффициент шума (КШ) характеризует шумовые свойства реального усилителя (приемника). При прохождении сигнала через линейный усилитель (приемник) соотношение между сигналом и шумом на входе и выход

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги