Zgomot de pâlpâire: funcționare, eliminare, diferențe și aplicații

Există diverse surse de zgomot într-un amplificator operațional ( amplificator operațional ), dar cea mai misterioasă sursă de zgomot este zgomotul de pâlpâire. Acest lucru este cauzat de nereguli în interiorul benzii de conducere și zgomot din cauza curenților de polarizare din tranzistoare. Acest zgomot crește invers prin frecvență, de aceea este numit frecvent zgomot 1/f. Acest zgomot este prezent încă la frecvențe mai mari; cu toate acestea, alte surse de zgomot din amplificatorul operațional încep să controleze, opunându-se efectelor de zgomot 1/f. Acest zgomot va afecta toate componentele electronice, cum ar fi funcționale amplificatoare dar, această sursă de zgomot nu are limitări în sistemele de achiziție de date de joasă frecvență. Pentru a oferi cea mai bună performanță de curent continuu, cum ar fi deviația de offset scăzută și offset inițial scăzut, amplificatoarele cu deriva zero au, de asemenea, avantajul suplimentar de a elimina zgomotul de pâlpâire, care este foarte critic pentru aplicațiile de joasă frecvență. Acest articol discută o prezentare generală a zgomot de pâlpâire – lucrul și aplicațiile sale.

Ce este Flicker Noise/Flicker Noise Definition?

Zgomotul de flicker sau zgomotul 1/f este un tip de zgomot electronic care apare pur și simplu în aproape toate dispozitivele electronice și poate avea diverse alte efecte, cum ar fi impurități într-un canal conductiv, zgomot de generare și recombinare într-un tranzistor din cauza curentului de bază. Acest zgomot este adesea numit zgomot roz sau zgomot 1/f. Acest zgomot apare în principal în toate dispozitivele electronice și are cauze diferite, deși acestea sunt în general legate de fluxul de curent continuu. Este semnificativ în multe domenii electronice și este semnificativ în oscilatoarele utilizate ca surse RF.

Acest zgomot este cunoscut și sub denumirea de zgomot de joasă frecvență deoarece densitatea spectrală de putere a acestui zgomot va crește atunci când frecvența este crescută. Acest zgomot poate fi observat în mod normal la sub câțiva KHz. Lățimea de bandă a zgomotului de pâlpâire variază de la 10 MHz la 10 Hz.

Ecuația zgomotului de pâlpâire

Zgomotul de pâlpâire apare pur și simplu în aproape toate componentele electronice. Deci, acest zgomot este menționat în legătură cu dispozitivele semiconductoare precum tranzistoarele și în special MOSFET dispozitive. Acest zgomot poate fi exprimat ca

S(f) = K/f

Principiul de funcționare a zgomotului flicker

Zgomotul de pâlpâire funcționează prin creșterea nivelului general de zgomot peste nivelul de zgomot termic, care este prezent în toate rezistențele. Acest zgomot se găsește pur și simplu în peliculă groasă și rezistențe cu compoziție de carbon , oriunde este cunoscut sub numele de zgomot în exces, în contrast, rezistențele cu fir bobinat au cea mai mică cantitate de zgomot de pâlpâire.

Acest zgomot poate fi cauzat de purtătorii de sarcină care sunt prinși și eliberați aleatoriu între interfețele a două materiale. Astfel, acest fenomen are loc în mod normal în semiconductori care sunt utilizați în amplificatoarele de instrumente pentru înregistrarea semnalelor electrice.

Acest zgomot este pur și simplu proporțional cu opusul frecvenței. În multe aplicații, cum ar fi oscilatoarele RF, există multe regiuni în care zgomotul domină și alte regiuni unde domină zgomotul alb de la surse precum zgomotul de împușcare și zgomotul termic. În general, acest zgomot la frecvențe joase domină un sistem proiectat corespunzător.

Eliminarea zgomotului 1/F

În general, tocarea sau Chopper tehnica de stabilizare este utilizată pentru reducerea tensiunii de offset a amplificatorului. Dar, deoarece zgomotul de pâlpâire este aproape de zgomotul de joasă frecvență DC, atunci este, de asemenea, redus eficient prin utilizarea acestei tehnici. Această tehnică funcționează pur și simplu prin tăierea sau alternarea semnalelor i/p în stadiul i/p și apoi tăind din nou semnalele în stadiul o/p. Deci, acesta este egal cu modulare cu undă pătrată.

În diagrama bloc ADA4522 de mai sus, semnalul i/p poate fi modulat pur și simplu la frecvența de tăiere la CHOP _ÎN etapă. Semnalul i/p la CHOP _OUT etapa este demodulată sincron înapoi la frecvența sa inițială și, în același timp, zgomotul de pâlpâire și decalajul etapei i/p a amplificatorului sunt pur și simplu modulate la frecvența de tăiere.

Pe lângă scăderea tensiunii inițiale de offset, modificarea în offset și tensiunea de mod comun sunt scăzute, ceea ce oferă o liniaritate DC foarte bună și un CMRR (raport de respingere în mod comun) ridicat. Tocarea scade, de asemenea, deriva de tensiune offset si temperatura, din acest motiv, amplificatorul care foloseste tocarea se numeste frecvent amplificatoare cu deriva zero. Aici, un lucru principal pe care trebuie să îl luăm în considerare este că amplificatoarele cu deriva zero elimină doar zgomotul de pâlpâire al amplificatorului. Orice zgomot de pâlpâire de la diverse surse, cum ar fi senzorul, va trece neschimbat.

Compartimentul folosit pentru tocare este că configurează comutarea artefactelor în ieșire și îmbunătățește curentul de polarizare de intrare. La ieșirea amplificatorului, ondulația și glitches-urile sunt vizibile odată văzute pe un osciloscop, iar vârfurile de zgomot sunt vizibile în densitatea spectrală a zgomotului atunci când sunt vizualizate cu un analizor de spectru. De la dispozitive analogice, cele mai noi amplificatoare zero-drift, cum ar fi familia de amplificatoare zero-drift ADA4522, utilizează un offset patentat și un circuit de corecție a ondulației pentru a reduce artefactele de comutare.

Tocarea este folosită și pentru ADC-uri și amplificatoare de instrumentare . Tocarea este folosită pentru a elimina acest zgomot în diferite dispozitive, cum ar fi AD8237 adevărat șină-șină, AD7124-4 amplificator de instrumentare cu zgomot redus și putere redusă, cu deriva zero, ADC Σ-Δ pe 24 de biți, ADC Σ-Δ pe 32 de biți , AD7177-2 zgomot ultrascăzut etc.

Un dezavantaj principal al utilizării modulării undelor pătrate este că aceste unde au diferite armonici. Deci, zgomotul la fiecare armonică va fi demodulat la dc înapoi. În schimb, dacă folosim modulația sinusoidală, atunci aceasta este mult mai puțin vulnerabilă la zgomot și poate îmbunătăți semnalele extrem de mici în zgomotul mare, altfel prezența interferențelor. Deci, această abordare este utilizată prin amplificatoare de blocare.

Diferența dintre zgomotul termic și zgomotul de pâlpâire

Diferența dintre zgomotul termic și zgomotul de pâlpâire este discutată mai jos.

Ce este Flicker Noise în MOSFET?

MOSFET-urile au o frecvență de tăiere înaltă (fc) ca și intervalul GHz BJT-uri & JFET-urile au o frecvență de tăiere mai mică, cum ar fi 1 kHz. În general, JFET-urile la frecvențe joase prezintă mai mult zgomot în comparație cu BJT-urile și pot avea „fc” ridicat, cum ar fi câțiva kHz și nu sunt preferate pentru zgomotul de pâlpâire.

Avantaje și dezavantaje

The avantajele zgomotului de pâlpâire includ următoarele.

• Este un zgomot de joasă frecvență, așa că dacă frecvența crește, atunci acest zgomot va fi scăzut.
• Este un zgomot inerent în dispozitivele semiconductoare legate de procedura de fabricație și fizica dispozitivelor.
• Efectele sunt observate de obicei la frecvențe joase în cadrul componentelor electronice.

The dezavantajele zgomotului de pâlpâire includ următoarele.

• În orice lanț de semnal DC de precizie, acest zgomot poate limita performanța.
• Nivelul general de zgomot poate fi crescut peste nivelul de zgomot termic la toate tipurile de rezistențe.
• Este dependentă de frecvență.

Aplicații

The aplicații ale zgomotului de pâlpâire e includ următoarele.

• Acest zgomot se găsește în unele dispozitive pasive și în toate componentele electronice active.
• Acest fenomen are loc în mod normal în semiconductori care sunt utilizați în principal pentru a înregistra semnale electrice în amplificatoarele de instrumente.
• Acest zgomot în BJT determină limitările de amplificare ale dispozitivului.
• Acest zgomot apare în rezistențele de compoziție de carbon.
• În general, acest zgomot apare în dispozitivele active, deoarece încărcarea poartă un comportament aleatoriu.

Q). De ce Flicker Noise este considerat roz?

Zgomotul roz este numit și zgomot de pâlpâire, deoarece densitatea sa de putere spectrală se reduce cu 3 dB pe octava. Deci, puterea benzii de zgomot roz este invers proporțională cu frecvența. Când frecvența este mai mare, atunci puterea este mai mică.

Î), Cum scap de zgomotul pâlpâit?

Acest zgomot poate fi redus eficient printr-o tehnică de stabilizare chopper în care tensiunea de offset a amplificatorului este scăzută.

Q). Cum se măsoară zgomotul flicker?

Măsurarea zgomotului de pâlpâire în curent sau tensiune se poate face în mod similar cu alte tipuri de măsurare a zgomotului. Instrumentul de analiză a spectrului de eșantionare preia o probă în timp finit din zgomot și calculează transformarea Fourier prin algoritmul FFT. Aceste instrumente nu funcționează la frecvențe joase pentru a măsura complet acest zgomot. Deci, instrumentele de eșantionare sunt în bandă largă și au zgomot ridicat. Acestea pot reduce zgomotul utilizând mai multe urme de eșantion și facând o medie a acestora. Instrumentele de analiză de spectru de tip convențional au încă un SNR superior datorită achiziției lor în bandă îngustă.

Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra zgomotului de pâlpâire – lucrul cu aplicații. Caracteristicile zgomotului de pâlpâire sunt; acest zgomot crește atunci când frecvența se reduce, acest zgomot este asociat cu un curent continuu în interiorul dispozitivelor electronice și include același conținut de putere în fiecare octavă. Iată o întrebare pentru tine, ce este zgomotul alb?