Zajgenerátor - Noise generator
A zajgenerátor olyan áramkör, amely elektromos zajt (azaz véletlenszerű jelet) generál . A zajgenerátorokat a zaj , a frekvencia-válasz és egyéb paraméterek mérésére szolgáló jelek tesztelésére használják . A véletlenszámok előállítására zajgenerátorokat is használnak .
Elmélet
Számos áramkör létezik a zaj előállításához. Például szabályozott hőmérsékletű ellenállások, korlátozott hőmérsékletű vákuumdiódák, zenerdiódák és gázkisülő csövek. A be- és kikapcsolható forrás ("kapu") előnyös egyes vizsgálati módszereknél.
A zajgenerátorok általában egy olyan alapvető zajfolyamatra támaszkodnak, mint a termikus zaj vagy a lövés .
Termikus zajgenerátor
A hőzaj alapvető szabvány lehet. Egy ellenállás egy bizonyos hőmérsékleten termikus zajjal társul. A zajgenerátornak két ellenállása lehet, különböző hőmérsékleten, és válthat a két ellenállás között. Az így kapott kimenő teljesítmény alacsony. (1 kΩ-os ellenállás esetén szobahőmérsékleten és 10 kHz-es sávszélesség mellett az effektív effektív zajfeszültség 400 nV.)
Lövéses zajgenerátor
Ha az elektronok egy gáton áramlanak, akkor diszkrét érkezési idejük van. Azok a diszkrét érkezők lövési zajt hallanak . A lövéses zajgenerátor kimeneti zajszintjét könnyen beállíthatja a DC előfeszítő áram. Jellemzően a diódában lévő gátat használják.
A különböző zajgenerátor áramkörök különböző módszereket alkalmaznak a DC előfeszítő áram beállítására.
Vákuumdióda
Az egyik gyakori zajforrás egy termikusan korlátozott ( telített emissziójú ) forró katódos vákuumcső dióda volt. Ezek a források néhány kilohertzből UHF- ig fehér zajgenerátorként szolgálhattak, és normál rádiócsőből készült üvegburkolatokban voltak elérhetők . Villogás (1 / f ) zajkorlátozott alkalmazás alacsonyabb frekvenciákon; korlátozott időtartamú elektron-tranzit alkalmazás magasabb frekvenciákon. Az alapterv egy diódás vákuumcső volt, fűtött szállal. A katód (izzószál) hőmérséklete beállítja az anód (lemez) áramot, amely meghatározza a lövés zaját; lásd a Richardson-egyenletet . Az anódfeszültséget elég nagyra állítják az izzószál által kibocsátott összes elektron összegyűjtésére . Ha a lemez feszültsége túl alacsony lenne, akkor az izzószál közelében lenne egy olyan töltés, amely befolyásolná a zajkimenetet. Kalibrált generátor esetén ügyelni kell arra, hogy a lövés zaja uralja a cső lemezellenállásának és egyéb áramköri elemeknek a hőzaját.
Gázkisülő csövek
Hosszú, vékony, forró katódos gázkisüléses üvegcsöveket alkalmaztak, normál bajonett izzólámpával az izzószálhoz és egy anód felső kupakot , az SHF frekvenciáihoz és az átlós behelyezéséhez egy hullámvezetőbe . Tiszta inert gázzal, például neonnal töltötték meg, mert a keverékek a kimenet hőmérséklet-függővé tették. Égő feszültségük 200 V alatt volt, de szükségük volt egy 2 W-os izzólámpa optikai alapozására (előionizálására), mielőtt az 5 kV-os tartományba eső anódfeszültség-tüskével meggyújtották őket.
Az alacsonyabb frekvenciájú zajsávokhoz neonnal töltött izzólámpákat használtak. Az áramkör hasonló volt a tüske / tű impulzusokéhoz .
Az egyik miniatűr tiratron további felhasználást talált zajforrásként, amikor diódaként (katódhoz kötött rácsként) működtették a keresztirányú mágneses mezőben.
Előre előfeszített félvezető dióda
Egy másik lehetőség a kollektoráram használata egy tranzisztorban.
Fordított torzítású félvezető dióda
A fordított torzítású diódák lebontásban is használhatók zajforrásként. A feszültségszabályozó diódák gyakoriak, de két különböző meghibásodási mechanizmus létezik, és különböző zajjellemzőkkel rendelkeznek. A mechanizmusok a Zener-effektus és a lavina felbomlása .
zener dióda
A körülbelül 7 volt alatti bomlással ellátott, fordított előfeszítésű diódák és bipoláris tranzisztor bázis-emitter csomópontok elsősorban a Zener-hatást mutatják; a meghibásodás a belső térkibocsátásnak köszönhető. A csomópontok vékonyak, és az elektromos mező magas. A Zener bontása lövés zaj. A villogó (1 / f ) zajszög 10 Hz alatt lehet.
A zener diódák által keltett zaj egyszerű lövés.
Lavina dióda
7 voltnál nagyobb meghibásodási feszültségek esetén a félvezető csatlakozási szélessége vastagabb, az elsődleges meghibásodási mechanizmus pedig lavina. A zajkimenet bonyolultabb. Túlzott a zaj (azaz az egyszerű lövés zaján felüli zaj), mert lavinaszaporodás van.
Nagyobb teljesítményű kimeneti zajgenerátorokhoz erősítésre van szükség. A szélessávú zajgenerátorok esetében ezt az erősítést nehéz elérni. Az egyik módszer lavina-szorzást alkalmaz ugyanazon gáton belül, amely a zajt generálja. A lavinában az egyik hordozó ütközik más atomokkal és szabad új hordozókat üt le. Ennek az az eredménye, hogy minden olyan hordozóhoz, amely egy korláton át indul, több hordozó érkezik szinkronban. Az eredmény egy széles sávszélességű nagy teljesítményű forrás. A hagyományos diódák lebontásban használhatók.
A lavina felbomlásának többszintű zaja is van. A zajkimeneti teljesítmény véletlenszerűen változik több kimeneti szint között. A többfokozatú zaj kissé hasonlít a villódzó (1 / f ) zajhoz. A hatás folyamatfüggő, de minimalizálható. Diódák is választhatók alacsony többlépcsős zaj esetén.
A lavina dióda zajgenerátor kereskedelmi példája az Agilent 346C, amely 10 MHz-től 26,5 GHz-ig terjed.
Lásd még
Hivatkozások
- Motchenbacher, CD; Fitchen, FC (1973), Alacsony zajszintű elektronikus tervezés , John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-61950-5
- Ott, Henry W. (1976), Zajcsökkentő technikák az elektronikus rendszerekben , John Wiley, ISBN 0-471-65726-3