Войти
Источник шума на основе стабилитрона A генератор шума - это схема, которая производит электрические помехи (т.е. случайный сигнал). Генераторы шума используются для тестирования сигналов для измерения коэффициента шума, частотной характеристики и других параметров. Генераторы шума также используются для генерации случайных чисел.
Для генерации шума используется несколько схем. Например, резисторы с регулируемой температурой, вакуумные диоды с ограничением температуры, стабилитроны и газоразрядные трубки. Источник, который можно включать и выключать ("закрытый"), полезен для некоторых методов испытаний.
Генераторы шума обычно полагаются на основной шумовой процесс, такой как тепловой шум или дробовой шум.
Тепловой шум может быть фундаментальным стандартом.. С резистором при определенной температуре связан тепловой шум. Генератор шума может иметь два резистора с разной температурой и переключаться между ними. В результате выходная мощность мала. (Для резистора 1 кОм при комнатной температуре и полосе пропускания 10 кГц среднеквадратичное напряжение шума составляет 400 нВ.)
Если электроны проходят через барьер, они имеют дискретный время прибытия. Эти дискретные поступления демонстрируют дробовой шум. Уровень выходного шума генератора дробового шума легко устанавливается постоянным током смещения. Обычно используется барьер в диоде.
В разных схемах генератора шума используются разные методы установки постоянного тока смещения.
Одним из распространенных источников шума был термически ограниченный (насыщенное излучение) ламповый диод с горячим катодом. Эти источники могли служить генераторами белого шума от нескольких килогерц до УВЧ и были доступны в обычных стеклянных оболочках радиоламп. Мерцание (1 / f) шум ограниченное применение на низких частотах; приложение с ограниченным временем прохождения электронов на более высоких частотах. Базовая конструкция представляла собой диодную вакуумную лампу с нагреваемой нитью накала. Температура катода (нити) задает ток анода (пластины), который определяет дробовой шум; см. уравнение Ричардсона. Напряжение на аноде устанавливается достаточно большим, чтобы собрать все электроны , испускаемые нитью. Если напряжение на пластине было слишком низким, то вокруг нити накала возник бы объемный заряд, который повлиял бы на выходной шум. Для откалиброванного генератора необходимо следить за тем, чтобы дробовой шум преобладал над тепловым шумом сопротивления пластины трубки и других элементов схемы.
Длинные, тонкие, с горячим катодом газоразрядные стеклянные трубки, снабженные обычным байонетным креплением для ламп для нить накала и анод верхняя крышка использовались для частот СВЧ и диагональной вставки в волновод . Они были заполнены чистым инертным газом, таким как неон, потому что смеси сделали выходную температуру зависимой. Их напряжение горения было ниже 200 В, но они нуждались в оптической затравке (предварительной ионизации) 2-ваттной лампой накаливания перед зажиганием от скачка анодного напряжения в диапазоне 5 кВ.
Один миниатюрный тиратрон нашел дополнительное применение в качестве источника шума при работе в качестве диода (сетка, привязанная к катоду) в поперечном магнитном поле.
Другая возможность - использовать ток коллектора в транзисторе.
Обратно-смещенный диод при пробое также может использоваться в качестве источников дробового шума. Диоды регулятора напряжения распространены, но есть два разных механизма пробоя, и они имеют разные шумовые характеристики. Этими механизмами являются эффект Зенера и лавинный пробой.
диоды с обратным смещением и переходы база-эмиттер биполярный транзистор, которые пробиваются ниже примерно 7 вольт в первую очередь проявляют эффект Зенера; пробой происходит из-за внутренней автоэлектронной эмиссии. Переходы тонкие, а электрическое поле велико. Пробой стабилитрона - это дробовой шум. Угол мерцания (1 / f) шума может быть ниже 10 Гц.
Шум, создаваемый стабилитронами, представляет собой простой дробовой шум.
Для пробивных напряжений более 7 вольт ширина полупроводникового перехода больше, и механизм первичного пробоя является лавинообразным. Вывод шума более сложный. Из-за лавинного умножения возникает избыточный шум (то есть шум сверх простого дробового шума).
Для генераторов шума с большей выходной мощностью необходимо усиление. Для генераторов широкополосного шума такое усиление может быть труднодостижимым. Один метод использует лавинное умножение в пределах того же барьера, который генерирует шум. В лавине один носитель сталкивается с другими атомами и выбивает новые носители. В результате для каждого носителя, который стартует через барьер, синхронно прибывают несколько носителей. В результате получается широкополосный источник высокой мощности. Обычные диоды можно использовать при пробое.
Лавинный пробой также имеет многоступенчатый шум. Выходная мощность шума случайным образом переключается между несколькими уровнями выхода. Многоступенчатый шум выглядит как мерцающий (1 / f) шум. Эффект зависит от процесса, но его можно минимизировать. Диоды также могут быть выбраны для низкого многоуровневого шума.
Коммерческим примером генератора лавинного диодного шума является Agilent 346C, который охватывает диапазон от 10 МГц до 26,5 ГГц.
Портал электроники 