17.2. Дробовый эффект
Дробовым эффектом называется небольшие флуктуации величины электрического тока от среднего значения, вызванные неравномерностью диффузии носителей тока в полупроводниках или неравномерностью эмиссии электронов с катода в электровакуумных приборах. Или же иными словами: небольшие беспорядочные отклонения анодного тока электровакуумных и полупроводниковых приборов от его среднего значения, вызванные неравномерностью эмиссии (испускания) электронов с катода или неравномерностью диффузии носителей тока в полупроводниках.
Дробовой и тепловой шумы – неуменьшаемые виды шума, возникающие в соответствии с законами физики. Самый дорогой и тщательно изготовленный резистор имеет тот же тепловой шум, что и дешевый углеродный резистор с тем же сопротивлением. Реальные устройства, кроме того, имеют различные источники “избыточных шумов”. Реальные резисторы подвержены флуктуациям сопротивления, которые порождают дополнительное напряжение шума, пропорциональное протекающему через резистор постоянному току. Этот шум зависит от многих факторов, связанных с конструкцией конкретного резистора, включая резистивный материал и особенно концевые соединения.
Дробовой эффект характерен для многих процессов, связанных с образованием потоков заряженных или нейтральных частиц, например протекание электрического тока через полупроводники, фотоэлектронную эмиссию, вторичную электронную эмиссию, формирование молекулярных пучков и т.п. Термин «дробовой эффект» (а также дробовой шум)появился из-за того, что благодаря нему в громкоговорителе, подключённом к выходу усилителя или радиоприёмника, появляется акустический шум, напоминающий шум сыплющихся дробинок.
17.3.Критерий устойчивости Найквиста. Формула Найквиста
В своем рассмотрении теплового шума Найквист воспользовался приемом, заключающимся в анализе обмена энергией между двумя электрическими проводниками, соединенными идеальной передающей линией без потерь и находящимися в состоянии равновесия при температуре. Используя теорему о равнораспределении, согласно которой на каждую степень свободы приходится энергия hf.
Формула Найквиста широко используется при расчёте тепловых шумов в измерительных и радиотехнических устройствах. Она определяет величину тепловых флуктуаций тока или напряжения в электрической цепи. Получена формула американским физиком Х. Найквистом в 1928г.
Согласно ней, обусловленное тепловыми флуктуациями среднее значение квадрата напряжения на концах проводника с сопротивлением R, находящегося в состоянии теплового равновесия при абсолютной температуре Т, равно:
(17.1).
При низких температурах и достаточно высоких частотах, когда h kT вместо формулы (1), следует пользоваться более общим выражением:
(17.2).
Критерий Найквиста был разработан американским физиком Найквистом и опубликован в 1932 году. По постановке задачи он отличается от других критериев, будучи ориентирован на исследование устойчивости систем с обратной связью (замкнутых систем). Более конкретно критерий решает вопрос устойчивости замкнутой системы по заданной амплитудно-фазовой характеристике системы в разомкнутом состоянии. Данная постановка позволяет во многих случаях при исследовании устойчивости системы использовать исходные характеристики, не только заданные аналитически, но и полученные экспериментально. Для того чтобы судить об устойчивости замкнутой системы, исследователь должен иметь своем распоряжении амплитудно-фазовую характеристику (АФХ) разомкнутой системы, а также определенную информацию о распределении корней характеристического уравнения А(р)=0 разомкнутой системы. Варианты распределения корней характеристического уравнения обычно классифицируют, сводя к трем возможным случаям:
Разомкнутая система устойчива, то есть все корни полинома А(р) являются левыми.
Разомкнутая система неустойчива – полином А(р) имеет к правых корней и предполагается их отсутствие на мнимой оси.
Полином А(р) имеет корни на мнимой оси.