רעש כאשר: joule k הערות: ב- e. כאשר: כלומר: dt =ערך RMS נמדד. V 2 Hz

Transcrição

1 רעש רעש הנו אות לא רצוי הנוצר ע"י המערכת ללא כניסה (להבדיל מרעשים שחודרים למערכת דרך חוטים חשופים וכו'). קיימים סוגי רעש שונים: Thermal Noise. רעש תרמי - זהו רעש הנפוץ ביותר והוא נוצר כתוצאה מכך שנושאי המטען נתונים לתנועות אקראיות שעוצמתן תלויה בטמפרטורה. לכן, אם ניקח נגד, נראה שהאלקטרונים נעים מצד לצד ויוצרים זרם שמפתח מתח שהוא אקראי-במקרה זה, זהו רעש לבן. e n = 4KTBR [ V הביטוי לתוחלת הרעש בריבוע: ] כאשר: -מציין תוחלת של ריבוע המתח (יחסי להספק). (v) מתח ממוצע. -מציין 3 joule k =.38 K -קבוע בולצמן k ( (k במעלות קלווין T -טמפרטורה הסרט של צפיפות הרעש בהנחה שהחלון מלבני.( Hz ) B -רוחב Ω. הנגד ב- R -התנגדות הערות: א. צפיפות הספק של רעש לבן היא אחידה בתדר כלומר, Φ V Hz Φ in ב. חיבור מתחים בתדרים שונים אפשרי רק ע"י חיבור הספקים ולכן משתמשים ב- e. כאשר: ערך ב- RMS שנמדד על הנגד בזמן אינסופי= e T T e כלומר: dt =ערך RMS נמדד T = 97

2 ג. כאשר מודדים מתח במכשיר מדידה כלשהו אזי מאחר ולמכשיר יש פונקצית תמסורת משלו, הוא יוכל למדוד עד BW מסוים. log A B -חלון התדרים שבו נסתכל על הרעש B בהנחה שהחלון מרובע נקבל B=BW Φ = B = 4KTR v Hz ד. צפיפות הרעש ביחידות ה. הדרך להורדת הרעש היא ע"י קירור הנגדים במערכת. מעגל תמורה של נגד רועש: = 4KTBR R Shot Noise. זהו רעש שתלוי במעבר זרם D.C דרך המוליך. זהו רעש זרם להבדיל מהרעש הקודם (רעש תרמי) שהיה רעש מתח. הרעש נובע מכך שהזרם אינו רציף אלא יש תנועות מטענים בדידה ולכן במקום לקבל זרם רציף: I t 98

3 נקבל מודולציה של זרם.D.C קטן שתלוי בגודלו של ה- A.C עם D.C I = I DC i n in t אם נתבונן בנגד ונבדוק את המתח עליו נקבל סיכום של שני מתחים הנובעים מהרעשים הנזכרים לעיל. ככל ש- R גדל נקבל: V n ( in ) ( in ) = e R V = en R גדל ביחס ישר ל- R. - R) -( in גדל ביחס ריבועי. Noise - 3. רעש בתחום מסוים הרעש מתנהג ביחס הפוך לתדר. Φ V Hz למעשה הפונקציה היא: כאשר α α הרעש נוצר במעבר של זרם דרך מבנה מסודר כמו גביש. הרעש אופייני למעבר של נושאי מטען בצמתים ולכן הוא אופייני לטרנזיסטורים בי- פולאריים אך לא ל- FET. הרעש בא לידי ביטוי בתדרים נמוכים: Hz KHz 99

4 .4 רעש פופקורן- Popcorn Noise השם נובע מכך שבמערכת שמע שומעים רעש כמו פצפוצי פופקורן. באוסצילוסקופ זה נראה כך: הרעש נובע מקיום זרמי שטח על פני ההתקנים. כדי למנוע את הרעש מצפים את שכבת המוליך למחצה בתחמוצת אינו אחיד נקבל זרימה בערוצים על פני השטח. הרעש תלוי במיוחד באיכות המוצרים ובחברה המייצרת אותם. Si אולם מאחר והציפוי דוגמא: R רעש תרמי. נתון נגד של.MΩ בהנחה שרוחב הסרט הוא, BW=MHz מהו הרעש התרמי המתפתח על הנגד? = = (.8 ) 4KTBR = mv =. 8mvrms הערה חשובה לגבי רעש תרמי: R R R R e R R ( R ) = 4KTB ( ) R n R R

5 ייצוג רעש במגבר קיימים מס' מאפיינים לייצוג רעש במגבר: א. סה"כ הרעש במוצא-כלומר מודדים את עוצמת הרעש במוצא. V O RMS יש בכך חסרון משום שהרעש מלא בעוצמת האות (הרצוי) במוצא. אם הרעש הוא mv ועוצמת האות הרצוי היא v אזי אין משמעות לרעש אולם אם הרעש והאות קרובים בעוצמתם כמובן שתהיה לרעש השפעה גדולה. So לכן משתמשים בפרמטר שנקרא יחס אות לרעש. No So ב.יחס אות לרעש. No מוגדר כיחס בין הספק האות והספק הרעש על העומס. חסרון: הפרמטר אינו מאפיין את טיב המגבר, אלא את איכות האות במערכת כולה, כולל המקור. כלומר ייתכן שקיים מגבר מעולה (ללא רעש פנימי) אך בגלל Rs נקבל רעש במוצא רעש זה למעשה לא יאפיין את טיב המגבר. e ( R n S ) לכן, משתמשים בפרמטר שנקרא סיפרת רעש. ג. סיפרת הרעש Figure :Noise מוגדרת לפי: N.F = הספק רעש כללי במוצא הספק הרעש במוצא בגין R S

6 פרמטר זה מאפיין את איכות המגבר.. N. F = OdB ולכן במגבר אידיאלי(אין רעש פנימי) הרעש במוצא מתקבל רק בגלל במגבר בעל ספרת רעש.N F = OdB אפשר לומר שהמגבר מכניס רעש פי ביחס למקור.. תלות סיפרת הרעש N.F בהתנגדות המקור N.F The range where N.F is minimum על מנת לקבל N.F מינימלי דרוש שהמגבר יראה אינו בתחום זה נוכל לבצע תאום עכבות ע"י שנאי. בתחום מסוים של ערכים ולכן אם e ( R n S )

7 ניתוח מעגלים תוך התייחסות לרעש אפיון המגבר מבחינת רעש. קיימים מגברים שבדפי המפרט שלהם קיימת התייחסות לרעש. נדון במגבר הבא: e S V o - R R משקפים את כל מקורות הרעש לכניסת המגבר. כאשר בנוסף לרעשים התרמיים של הנגד יש עוד שני סוגי רעשים: רעש מתח ורעש זרם של המגבר. הרעשים מתוארים באופן הבא: i n IDEAL i n - רעש מתח שקול לכניסת המגבר. מסכם את כל הרעשים שעברו למוצא בגלל המגבר: רעש בדרגת ההפרש רעש בצמתים. רעש בנגדים(נגד דינמי הוא בעל רעש השקול לנגד פסיבי בעל אותו ערך). 3

8 V Hz 5 nv Hz. הערה: אין חשיבות להדק אליו יחובר - רעש זרם. זהו רעש המבטא את העובדה שזרמי הביאס הם בעלי רעש. i n i n A Hz 3 pa Hz השלבים בחישוב הרעש יוצגו תוך שימוש בדוגמא: נתון המעגל. e S V o - R R 4

9 . נשרטט מעגל תמורה הכולל את כל מקורות הרעש. i n e ( R n S ) V o e S - R ( R ) i n ( R) R ננתח את המעגל לגבי כל המקורות ע"י סופרפוזיציה. נתייחס כל פעם למקור אחר בנפרד כאשר אנו מתעניינים בצפיפות הרעש במוצא. בסופו של דבר אנו מעונינים ברעש הכללי במוצא ) RMS ).. רעש כללי במוצא. no ( e e ) e = no _ Rs no _ R....3 אופן קבלת צפיפות הרעש במוצא: Φ V Hz נניח שצפיפות הרעש בכניסה היא Φ in כלומר המקור הוא רעש לבן. 5

10 log A עקום ההיענות של המגבר הוא: log A נעלה את A בריבוע ונכפיל את הגרפים ונקבל: ΦA K = Φ in A זוהי צפיפות ההספק במוצא המגבר. על מנת לקבל את המתח בריבוע במוצא יש לבצע אינטגרל על הגרף האחרון שכן K ביחידות של הוא A o = Φ A d [ V v. כלומר: Hz ] A אם עקום ההיענות של המגבר היה מהצורה: B o = Φi Ao B = K B [ V אזי: ] A A אולם אם עקום ההיענות הוא מהצורה: 6 מדברים על המושג רוחב סרט BW לרעש. רוחב סרט לרעש, מוגדר כ- BW שווה הערך המקובע שייתן תוצאה זהה באינטגרל בתנאי db שהירידה היא ב-. dec Ao פונקצית התמסורת A הנ"ל: = A j o

11 את הפונקציה הזו יש להעלות בריבוע, לכפול ב- Φ (צפיפות הרעש בכניסה) ולבצע אינטגרל כך: d π e = Φ A d = K = K n i 4 43 K בהתאם לתוצאה הנ"ל, נקבל בסקאלה ליניארית את המצב הבא. ΦA K Linear Scale π מקרה שבו הרעש בכניסה אינו רעש לבן: Φ V Hz Φ in נתון רעש כמו log A עקום ההיענות: log A Φ = Φ A המכפלה ΦA תראה כך: X מאחר ומדובר בסקלה לוגריתמית אזי המרחק בין Hz ל- Hz שווה למרחק שבין.MHz ל- KHz 7

12 Hz Hz MHz () d << () KHz אולם, d ולכן התרומה בקטע x זניחה ונוכל למעשה להניח שהקו ישר (אופקי) בקטע זה. בסקאלה ליניארית המצב יהיה כך: Φ = Φ A ולכן בוודאי שההתרוממות ההתחלתית תהיה זניחה. אולם הזנחה כזו אינה תופסת במקרה קטן יחסית. של מגבר צר סרט כלומר לאחר שבצענו את התהליך הנ"ל עבור כל מקור רעש וקיבלנו צפיפות הספק במוצא, נסכם את תרומת כל המקורות ונקבל: e = enors e... no nor הערה: לעיתים קיימים רעשים שהם זניחים ביחס לרעשים אחרים במעגל ואם עקום ההיענות זהה בשניהם אזי נוכל להזניח את הרעשים הקטנים. יש לזכור שמבצעים העלאה בריבוע לכן ההזנחה טובה. R גדול ב- מההגבר של R אזי ההגבר של ול- למשל אם נתייחס ל- R R.R e נוכל להזניח את מקור הרעש nr << שהוא ולכן אם R R : R דוגמא לחישוב הרעש במוצא עקב I R ( R ) R I in - I R V o R. A CL יש למצוא את 8

13 G A CL = β A CL = GA OL עבור > βa רואים שמדובר במגבר מהפך ולכן: נקבל עבור < βa נקבל βa A CL עבור > נתייחס למגבר כאל מגבר אידיאלי וכך נמצא את בהדק (-) יש אדמה. I = R I in. I = R מאחר ואין זרם לתוך המגבר נקבל ש- = וירטואלית ולכן לפיכך: = ולכן β = G. A CL = = db β log A R R R ; βa > G = R R R : β. V R רוחב הסרט יקבע לפי כלומר מקבלים ש- G. = β וזה תואם לתוצאה שקיבלנו קודם, שעבור מקבלים A OL R R R β G β GAOL :i n דוגמא לחישוב הרעש במוצא עקב i n R P - V o R נבצע התמרת תבנין בנקודה P ונקבל: 9

14 R R P - V o i n R. i n עם ההתנגדות טורית Rs i n ומקבלים מקור מתח כנ"ל מבצעים גם ל- הערה: אם קיים עקום הענות מהצורה: Φ 3. Φ. k d = Φ 3 אזי מחלקים את האינטגרל לשני חלקים: π ) והלאה מקבלים עבור החלק מ- ( d עבור החלק עד כאשר מקבלים את האינטגרל: 3 k = Φ משום שעבור Φ. הפונקציה תהיה שווה ל- =