ضوضاء الوميض: العمل والقضاء والاختلافات وتطبيقاتها

توجد مصادر ضوضاء مختلفة في جهاز op-amp ( مكبر تشغيلي ) لكن مصدر الضوضاء الأكثر غموضًا هو ضوضاء الوميض. يحدث هذا بسبب عدم انتظام داخل ممر التوصيل والضوضاء بسبب التيارات المتحيزة في الترانزستورات. تعزز هذه الضوضاء عكسياً من خلال التردد ، وبالتالي يطلق عليها في كثير من الأحيان ضوضاء 1 / f. لا تزال هذه الضوضاء موجودة عند الترددات الأعلى ؛ ومع ذلك ، تبدأ مصادر الضوضاء الأخرى في جهاز op-amp في التحكم ، معارضة تأثيرات ضوضاء 1 / f. ستؤثر هذه الضوضاء على جميع الأجهزة الإلكترونية مثل التشغيل مكبرات الصوت ولكن ، لا توجد قيود على مصدر الضوضاء هذا داخل أنظمة الحصول على البيانات منخفضة التردد. من أجل توفير أفضل أداء للتيار المستمر مثل الانجراف المنخفض والإزاحة الأولية المنخفضة ، تتمتع مكبرات الصوت الصفرية أيضًا بفائدة إضافية للتخلص من ضوضاء الوميض ، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات منخفضة التردد. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ضوضاء وميض - العمل وتطبيقاته.

ما هو تعريف ضوضاء الوميض / تعريف ضوضاء الوميض؟

ضوضاء الوميض أو ضوضاء 1 / f هي نوع من الضوضاء الإلكترونية التي تحدث ببساطة في جميع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا ويمكن أن تأتي مع تأثيرات أخرى مختلفة مثل الشوائب داخل قناة موصلة ، وضوضاء التوليد وإعادة التركيب داخل الترانزستور بسبب التيار الأساسي. كثيرا ما تسمى هذه الضوضاء الضوضاء الوردية أو ضوضاء 1 / f. تحدث هذه الضوضاء بشكل أساسي في جميع الأجهزة الإلكترونية ولها أسباب مختلفة على الرغم من أنها مرتبطة بشكل عام بالتدفق الحالي المباشر. إنه مهم في العديد من المجالات الإلكترونية وهو مهم في المذبذبات المستخدمة كمصادر RF.

تُعرف هذه الضوضاء أيضًا باسم ضوضاء التردد المنخفض لأن الكثافة الطيفية للطاقة لهذه الضوضاء ستزداد عند زيادة التردد. يمكن ملاحظة هذه الضوضاء بشكل طبيعي عند أقل من بضعة كيلوهرتز. عرض النطاق الترددي لضوضاء الوميض يتراوح من 10 ميجاهرتز إلى 10 هرتز.

معادلة ضوضاء الوميض

تحدث ضوضاء الوميض ببساطة في جميع المكونات الإلكترونية تقريبًا. لذلك تم ذكر هذه الضوضاء فيما يتعلق بأجهزة أشباه الموصلات مثل الترانزستورات وعلى وجه الخصوص موسفيت الأجهزة. يمكن التعبير عن هذا الضجيج كـ

S (و) = K / f

مبدأ عمل ضوضاء الوميض

تعمل ضوضاء الوميض عن طريق زيادة مستوى الضوضاء الإجمالي فوق مستوى الضوضاء الحرارية الموجود في جميع المقاومات. توجد هذه الضوضاء ببساطة في الأغشية السميكة مقاومات تكوين الكربون ، أينما كان يُعرف بالضوضاء الزائدة ، في المقابل ، تحتوي مقاومات الجرح السلكي على أقل قدر من ضوضاء الوميض.

يمكن أن تحدث هذه الضوضاء بسبب ناقلات الشحن التي يتم احتجازها وإطلاقها بشكل عشوائي بين واجهات مادتين. وبالتالي تحدث هذه الظاهرة بشكل طبيعي في أشباه الموصلات التي تستخدم في مكبرات الصوت للأجهزة لتسجيل الإشارات الكهربائية.

هذه الضوضاء تتناسب ببساطة مع عكس التردد. في العديد من التطبيقات مثل مذبذبات التردد اللاسلكي ، هناك العديد من المناطق التي تهيمن فيها الضوضاء ومناطق أخرى حيث تسود الضوضاء البيضاء من مصادر مثل ضوضاء اللقطة والضوضاء الحرارية. بشكل عام ، تهيمن هذه الضوضاء عند الترددات المنخفضة على النظام المصمم بشكل صحيح.

القضاء على ضوضاء 1 / F

عموما ، تقطيع أو قاطع متناوب يتم استخدام تقنية التثبيت لتقليل جهد الإزاحة لمكبر الصوت. ولكن نظرًا لأن ضوضاء الوميض قريبة من ضوضاء التردد المنخفض للتيار المستمر ، فإنه يتم تقليلها أيضًا بكفاءة باستخدام هذه التقنية. تعمل هذه التقنية ببساطة عن طريق تقطيع أو تبديل إشارات i / p في مرحلة i / p وبعد ذلك مرة أخرى تقطيع الإشارات في مرحلة o / p. إذن هذا يساوي تعديل بموجة مربعة.

في الرسم التخطيطي للكتلة ADA4522 أعلاه ، يمكن تعديل إشارة i / p ببساطة إلى تردد التقطيع في CHOP _في منصة. إشارة i / p في CHOP _خارج يتم إعادة تشكيل المرحلة بشكل متزامن إلى ترددها الأولي وفي نفس الوقت ، يتم تعديل ضوضاء وميض وإزاحة مكبر الصوت i / p ببساطة إلى تردد التقطيع.

بالإضافة إلى تقليل جهد الإزاحة الأصلي ، يتم تقليل التغيير داخل جهد الإزاحة والجهد المشترك ، مما يوفر خطيًا جيدًا للغاية للتيار المستمر و CMRR (نسبة رفض الوضع الشائع). يقلل التقطيع أيضًا من انحراف الجهد الكهربي ودرجة الحرارة ، ولهذا السبب ، غالبًا ما يطلق على مكبر الصوت الذي يستخدم التقطيع اسم مضخمات الانجراف الصفري. هنا ، هناك شيء رئيسي نحتاج إلى مراعاته وهو أن مكبرات الصوت الصفرية تزيل ضوضاء وميض مكبر الصوت فقط. ستمر أي ضوضاء وميض من مصادر مختلفة مثل المستشعر دون تغيير.

المفاضلة المستخدمة للتقطيع هي أنها تقوم بتبديل القطع الأثرية إلى المخرجات وتعزز تيار التحيز في الإدخال. على خرج مكبر الصوت ، يمكن رؤية التموج ومواطن الخلل بمجرد مشاهدتها على راسم الذبذبات ، وتظهر ارتفاعات الضوضاء في الكثافة الطيفية للضوضاء عند عرضها باستخدام محلل الطيف. من الأجهزة التناظرية ، تستخدم أحدث مكبرات الصوت الخالية من الانجراف مثل عائلة مضخم الانجراف الصفري ADA4522 مجموعة حاصلة على براءة اختراع ودائرة حلقة تصحيح التموج لتقليل آثار التبديل.

يستخدم التقطيع أيضًا في ADCs و مضخمات الأجهزة . يستخدم التقطيع للتخلص من هذه الضوضاء في أجهزة مختلفة مثل AD8237 الحقيقي للسكك الحديدية ، AD7124-4 ضوضاء منخفضة وطاقة منخفضة ، مضخم أجهزة بدون انجراف ، 24 بت Σ-Δ ADC ، 32 بت Σ-Δ ADC ، AD7177-2 ضوضاء منخفضة للغاية ، إلخ.

أحد العوائق الرئيسية لاستخدام تعديل الموجة المربعة هو أن هذه الموجات لها توافقيات مختلفة. لذلك ، سيتم إزالة الضوضاء عند كل متناسق إلى التيار المستمر. بدلاً من ذلك ، إذا استخدمنا تعديل الموجة الجيبية ، فإن هذا يكون أقل عرضة للضوضاء ويمكن أن يحسن الإشارات الصغيرة للغاية في الضوضاء الكبيرة بخلاف وجود التداخل. لذلك يتم استخدام هذا النهج من خلال مكبرات الصوت المثبتة.

الفرق بين الضوضاء الحرارية وضوضاء الوميض

تمت مناقشة الفرق بين الضوضاء الحرارية وضوضاء الوميض أدناه.

ما هي ضوضاء الوميض في MOSFET؟

MOSFETs لها تردد قطع عالٍ (fc) مثل نطاق GHz بينما BJTs & JFETs لها تردد قطع أقل مثل 1 كيلو هرتز. بشكل عام ، تُظهر JFETs ذات الترددات المنخفضة ضوضاء أكثر مقارنةً بـ BJTs ويمكن أن يكون لها 'fc' مرتفع مثل عدة كيلوهرتز ولا تُفضل لضوضاء الوميض.

المميزات والعيوب

ال مزايا ضوضاء الوميض تشمل ما يلي.

• إنها ضوضاء منخفضة التردد ، إذا تحسن التردد ، فسيتم تقليل هذه الضوضاء.
• إنها ضوضاء متأصلة داخل أجهزة أشباه الموصلات المتعلقة بإجراءات التصنيع وفيزياء الأجهزة.
• يتم ملاحظة التأثيرات عادة عند الترددات المنخفضة داخل المكونات الإلكترونية.

ال عيوب ضوضاء الوميض تشمل ما يلي.

• في أي سلسلة إشارة DC دقيقة ، هذه الضوضاء يمكن أن تحد من الأداء.
• يمكن زيادة مستوى الضوضاء الكلي عن مستوى الضوضاء الحرارية في جميع أنواع المقاومات.
• يعتمد على التردد.

التطبيقات

ال تطبيقات ضوضاء الوميض ه تشمل ما يلي.

• توجد هذه الضوضاء في بعض الأجهزة الخاملة وجميع المكونات الإلكترونية النشطة.
• تحدث هذه الظاهرة عادةً داخل أشباه الموصلات التي تُستخدم بشكل أساسي لتسجيل الإشارات الكهربائية في مضخمات الأجهزة.
• تحدد هذه الضوضاء في BJTs حدود التضخيم للجهاز.
• تحدث هذه الضوضاء في مقاومات تكوين الكربون.
• بشكل عام ، تحدث هذه الضوضاء في الأجهزة النشطة لأن الشحنة تحمل سلوكًا عشوائيًا.

س). لماذا يعتبر ضوضاء الوميض ورديًا؟

تسمى الضوضاء الوردية أيضًا ضوضاء الوميض لأن كثافة الطاقة الطيفية لها تقل بمقدار 3 ديسيبل لكل جواب. لذا ، فإن قوة نطاق الضوضاء الوردي تتناسب عكسياً مع التردد. عندما يكون التردد أعلى ، تكون الطاقة أقل.

س) كيف أتخلص من ضوضاء الخفقان؟

يمكن تقليل هذه الضوضاء بكفاءة من خلال تقنية تثبيت المروحية حيث يتم تقليل جهد إزاحة مكبر الصوت.

س). كيف يتم قياس ضوضاء الوميض؟

يمكن إجراء قياس ضوضاء الوميض في التيار أو الجهد بشكل مشابه لأنواع أخرى من قياس الضوضاء. تأخذ أداة محلل طيف العينات عينة زمنية محددة من الضوضاء وتحسب تحويل فورييه من خلال خوارزمية FFT. لا تعمل هذه الأجهزة بترددات منخفضة لقياس هذه الضوضاء تمامًا. لذا ، فإن أدوات أخذ العينات ذات نطاق عريض ولها ضوضاء عالية. يمكن أن تقلل هذه الضوضاء باستخدام آثار عينات متعددة ومتوسطها. لا تزال أدوات محلل الطيف من النوع التقليدي تتمتع بنسبة SNR أعلى بسبب اكتسابها ضيق النطاق.

وهكذا ، هذا هو لمحة عامة عن ضوضاء الوميض - العمل مع التطبيقات. خصائص ضوضاء الوميض ؛ تزداد هذه الضوضاء عندما يقل التردد ، وترتبط هذه الضوضاء بتيار مستمر داخل الأجهزة الإلكترونية وتتضمن نفس محتوى الطاقة في كل أوكتاف. إليك سؤال لك ما هي الضوضاء البيضاء؟