Kohinan ominaisuuksia

Transkriptio

1 Kohia mittauksissa Kohia omiaisuuksia Kohiamkaismit Trmi kohia Rakohia 1/f kohia (Kvatisoitikohia) Kohia käsittly Kohialähtid yhtisvaikutus Kohiakaistalvys Sigaali-kohia suhd Kohialuku Kohialämpötila 1 Kohia omiaisuuksia Kohia o täysi satuai sigaali - Eri taajuuskompotilla o satuai taajuus ja vaih - Htkllistä amplitudia i voida ustaa 1 = T T Kohia aikakskiarvo o olla: ( t) lim ( t) dt = 0 Kohia variassi: δ = Ψ(0) = ( t) ( t + τ ) Variassi liöjuuri (hajota) o kohia thollisarvo (rms-arvo) τ = 0 = ( t) = lim T 1 T T 0 T 0 ( t) dt

2 Kohia omiaisuuksia Kohia spktri thotihys S(f) kuvaa kohiatho jakautumista taajuudssa (yksikkö [V /Hz] tai [A /Hz]) jπ ft S( f) = = Ψ (0) dt f Thotihys δ = 0 S( f ) df Thollisarvo Valkoi kohia tasai thospktri 3 Kohiamkaismit Päätyypit Trmi kohia (valkoista kohiaa) Rakohia (valkoista kohiaa) 1/f -kohia 4

3 Trmi kohia Trmi kohia o lämpötila aihuttamaa varaukskuljttaji satuaisliikttä johtssa Kutsutaa kksijöidsä mukaa myös Johsoi tai Nyquisti kohiaksi Sytyy rsistiivisissä kompotissa, rityissti vastuksissa Myös kapasitassi rsistiivist ja dilktrist häviöt, skä iduktassi rsistiivist ja pyörrvirtoj aihuttamat häviöt aihuttavat pitä trmistä kohiaa Trmi kohia määrää rsistiivis kompoti piimmä kohiataso. 5 Trmi kohia... Kohiajäitt spktri thotihys S ( f ) = 4kTR [V /Hz] Kohiajäitt thollisarvo (rms) = 4kTRB [V] k = Boltzmai vakio (1.38 x 10-3 J/K) T = absoluutti lämpötila (K) B = kohiakaista lvys (Hz) R = rsistassi (Ω) Suuruusluokka: 1 kω, 1 Hz -> 4V rms 1 kω, 10 khz -> 0.4 µvrms 6

4 Trmis kohia malli Kytkttyj rsistassi kohia o vrraolli muodostuva kvivalttivastuks arvoo 7 Trmis kohia miimoiti = 4kTRB B, - taajuuskaista (mittauskaista) pitämi T, - jäähdyttämi R, - ylissti häviöid pitämi, impdassisovitukst - käyttää piiä rsistassja (kuormitus otttava huomioo) - käyttää rsistassi sijasta kapasitiivisia ja/tai iduktiivisia kompottja, jos mahdollista 8

5 Rakohia (shot ois) Diodissa, trasistorissa, ja lktroiputkissa siityy virtakohiamkaismi, jota kutsutaa rakohiaksi. Rakohia liittyy virrakulkuu pottiaalivalli yli. Virra kulku i ol jatkuvaluotista, vaa tapahtuu yksittäist virrakuljttaji (lktroit ja aukot) summasta. Tällai pottiaalivalli o sim. kaikki puolijohdkompotti p-rajapialla. 9 Rakohia (shot ois) Rakohia thotihys: S ( f ) = qi DC [A /Hz] Rakohiavirta: I = qi B [A] s DC q = lktroi varaus ( C) I DC = DC-virta (A) B = kohiakaista lvys (Hz) 10

6 Rakohia miimoiti I = qib virra miimoiti, kuha s i piä sigaalia taajuuskaista pitämi välttää kompottja jotka tuottavat rakohiaa: diodit bipolaaritrasistorit, iid sijasta FET-trasistorita 11 Valkoi kohia aikatasossa 1

7 Valkoi kohia taajuustasossa 13 1/f - kohia (flickr ois, cotact ois, low-frqucy ois) 1/f - kohia thospktri i ol tasai, vaa kohia taso kasvaa taajuud pityssä. Thotihys oudattaa muotoa S(f) = K/f α, α = /f - kohia i varsiaissti ol yksittäi kohiamkaismi, vaa sisältää usita ri sytymkaismja. Kaikkia sytymkaismja i vilä tuta. Ilm sim. Opraatiovahvistit bias-jäittid ryömimisä 14

8 1/f - kohia (flickr ois, cotact ois, low-frqucy ois) Esitttyjä sytymkaismja: Graatio-rkombiaatio mkaismi puolijohtissa Virra kulku pähomogisssa johtssa (massavastukst), kohia thotihys vrraolli virtaa 1/f - kohiall (α = 1) o omiaista, ttä kohiatho o sama jokaista taajuusdkadia kohti: sim Hz tai Hz. 15 1/f - kohia aikatasossa 16

9 1/f - kohia taajuustasossa 17 1/f - kohia miimoiti Kskiarvoistus i juurikaa auta. Viimisi lukma o paras Siirrtää mittaus suurmmill taajuuksill sim. moduloimalla Kompotti valita: Mtallikalvovastuksilla pimpi 1/f kohiakui massa/hiilivastuksilla JFETillä pimpi kui MOSFETillä Choppr-stabiloidut opraatiovahvistimt Hyvät liitoskotaktit 18

10 Kohialähtid yhtisvaikutus Kohialähtid yhtisvaikutus saadaa summaamalla liöllissti. Kohiajäit- ja kohiavirtalähtt, joid graatioprosssit ovat itsäisiä, ivät korrloi kskää. Korrloimattomill kohialähtill: = (, tot =,1 + Mikäli kohialähtillä o korrlaatiota (harviaista): tot + ) =, +,,1,,1,,1, γ= korrlaatiokrroi, γ 19 Kohiakaistalvys B = A A( f ) df A(f) = jäitvahvistus A 0 = maksimivahvistus 0

11 Sigaali-kohia - suhd (SNR tai S/N) Sigaali-kohia suhd = kohiattoma sigaali tho Ps ja kohiatho P suhd S SNR = = N Ps P Voidaa sittää myös thollisarvoj suhta Dsibliä: Ps Vs SNR = 10 log10( ) = 0 log10( ) P V 1 Kohialuku Kohialuku F kuvaa kuika paljo jäjstlmä hiktää sigaalikohia suhdtta. F = SNR SNR i out = P P s, i, i P P, out s, out Käytäössä F>1 Dsibliä : NF = 10 log10( F)

12 (Kohialämpötila) Kohialämpötila (T ) kuvaa vahvistim aihuttamaa lisäkohiaa lähdkohiaa (samoi kui kohialuku). Ilmais vahvistim kohia lähdrsistassi (R S ) lisäkohiaa. Kohialämpötila: T =T 0 (F-1) 3 Krtaus Trmistä kohiaa sytyy kaikissa häviöllisissä kompotissa. = 4kTRB [V] Rakohiaa sytyy ku virtaa kuljttavat yksittäist varaukskuljttajat mm. p-liitokssa. I = qib [A] Korrloimattomi kohialähtid yhtisvaikutus:, tot =,1 +, 4