Skottljud

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 25 september 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Skottbrus eller Poisson-brus är slumpmässiga fluktuationer i antalet partiklar i förhållande till deras medelvärde förknippat med deras diskrethet. För elektriskt laddade partiklar - elektroner manifesterar joner sig som strömfluktuationer i elektriska kretsar och elektriska apparater . Förflyttningen av varje laddningsbärare i kretsen genom en tänkt yta som skär tråden åtföljs av en strömökning i kretsen, på grund av de elektriska laddningsbärarnas diskrethet . För oladdade partiklar, såsom fotoner, uppstår det när antalet fotoner registreras av en detektor.

Skottljud förutspåddes av Walter Schottky 1918 .

Till skillnad från termiskt brus , orsakat av termisk rörelse av elektroner, är skottbrus oberoende av temperatur .

Skottljud uppträder till exempel i form av karakteristiskt akustiskt brus i dynamiken hos en radiomottagare , i form av "snö" på en TV -skärm , störningar, det så kallade "gräset" på radarindikatorn osv.

Skottbrus är huvudkomponenten i det interna bruset i de flesta elektroniska enheter, vilket leder till additiv distorsion av svaga användbara signaler och begränsar signal-brusförhållandet för känsliga elektroniska förstärkare.

Termen "skottbrus" (och även skotteffekt ) uppstod på grund av det faktum att tack vare det uppträder akustiskt brus i en högtalare ansluten till utgången på en förstärkare eller radiomottagare, uppfattad av örat som att likna bruset från fallande pellets .

I elektronvakuumanordningar (EVD) uppstår strömfluktuationer på ytan av en elektronemitterande katod på grund av den statistiska naturen hos elektronemission och diskret laddning.

Den spektrala strömtätheten för skottbruskatoden under driften av EEW i mättnadsläget bestäms av förhållandet ( Schottky- formeln ), där elektronladdningen är medelströmmen. Spektrum av anodströmsfluktuationer orsakade av skottbrus från katodströmmen har en konstant effektspektraltäthet upp till mycket höga frekvenser (upp till frekvenser vid vilka tiden för en elektrons flygning från katoden till anoden blir signifikant). $S_{\omega }(I)$ ${\displaystyle S_{\omega }(I)=eI_{0))$ $e$ $I_0$

På grund av den termiska spridningen av elektronhastigheter åtföljs skottbrus alltid av fluktuationer inte bara av strömmen utan också av andra egenskaper hos elektronstrålen, till exempel volymladdningstätheten.

Skottljud, vars natur liknar skottljud i EEWs, observeras också i halvledarenheter . De senare skiljer mellan skottljud orsakat av laddningsbärardriftsfluktuationer och buller orsakat av laddningsbärardiffusionsfluktuationer.

Medelvärdet för signalen och dess spektrala egenskaper vid utgången av ett linjärt system, vid vars ingång det finns skottbrus, kan beräknas med hjälp av Campbells teorem .

Spektral densitet

Låt en ström flyta genom någon elektronisk anordning, bildad av ett flöde av oberoende laddningsbärare, med en medelfrekvens [1] . Varje laddningsbärares passage orsakar en strömpuls i den externa kretsen. Det följer av Carsons teorem att spektrumet av strömfluktuationer som bildas av en sekvens av oberoende pulser , där , är spektrumet av en elementär puls. Att introducera det normaliserade spektrumet och ta hänsyn till det och , vi får . $\ladugård}$ $\Delta i$ $S_{in}(\omega )=2{\bar {n}}\left|S_{i}(j\omega )\right|^{2}$ $S_{i}(j\omega )=\int \limits _{-\infty }^{\infty }\Delta i(t)e^{-j\omega t}dt$ $S_{i}^{0}(j\omega )={\frac {S_{i}(j\omega )}{S_{i}(0)))$ $S_{i}(0)=q$ $q{\bar {n}}=I_{0}$ ${\displaystyle S_{in}(\omega )=2qI_{0}\left|S_{i}^{0}(j\omega )\right|^{2))$

Exempel

Betrakta en pn-övergång µm bred genom vilken laddningsbärare flyger med en hastighet cm/s [1] . Antag att varje laddningsbärare rör sig med en konstant hastighet och under passagen av pn-övergången, en rektangulär strömpuls med en varaktighet av c. $d=1$ $v=10^{7}$ $\tau ={\frac {d}{v}}=10^{-11}$

I detta fall kommer modulen för den spektrala tätheten att vara

\left|S_{i}^{0}(j\omega )\right|={\frac {\sin ^{2}{\left({\frac {1}{2}}\omega \ tau \right)}}{\left({\frac {1}{2}}\omega \tau \right)^{2}}}

Nedgången av en sådan spektral densitet av detta slag med 10% jämfört med dess värde vid en frekvens kommer att vara vid en frekvens . I detta exempel, vid en frekvens på Hz. $f=0$ $f_{max}={\frac {1}{2\pi \tau }}$ ${\displaystyle f_{max}=16\cdot 10^{10))$

Se även

Anteckningar

↑ 1 2 Zhalud V., Kuleshov V. N. Brus i halvledarenheter. - M .: Sovjetisk radio , 1977. - C. 25

Litteratur

McDonald D. Introduction to the physics of brus and fluktuations, M., Mir, 1964