Kohinan ominaisuuksia

Transkriptio

1 Kohia omiaisuuksia Kohiamekaismit Termie kohia Raekohia 1/f kohia (Kvatisoitikohia) Kohia käsittely Kohialähteide yhteisvaikutus Kohiakaistaleveys Sigaali-kohia suhde Kohialuku Kohialämpötila 1 Kohia omiaisuuksia Kohia o täysi satuaie sigaali - Eri taajuuskompoeteilla o satuaie taajuus ja vaihe - Hetkellistä amplitudia ei voida eustaa 1 = T T Kohia aikakeskiarvo o olla: ( t) lim ( t) dt = 0 Kohia variassi ei ole olla, jote kohialla o teho: δ = ( t) = 1 lim T T T 0 ( t) Variassi eliöjuuri (hajota) o kohia tehollisarvo (rms-arvo) dt T 0

2 Kohia omiaisuuksia Kohia spektrie tehotiheys S(f) kuvaa kohiateho jakautumista taajuudessa (yksikkö [V /Hz] tai [A /Hz]) S( f ) = e f Tehotiheys δ ( f ) = 0 S( f ) df Tehollisarvo Valkoie kohia tasaie tehospektri 3 Kohiamekaismit Päätyypit Termie kohia (valkoista kohiaa) Raekohia (valkoista kohiaa) 1/f -kohia 4

3 Termie kohia Termie kohia o lämpötila aiheuttamaa varauksekuljettajie satuaisliikettä johteessa Kutsutaa keksijöidesä mukaa myös Johsoi tai Nyquisti kohiaksi Sytyy resistiivisissä kompoeteissa, erityisesti vastuksissa Myös kapasitassie resistiiviset ja dielektriset häviöt, sekä iduktassie resistiiviset ja pyörrevirtoje aiheuttamat häviöt aiheuttavat pietä termistä kohiaa Termie kohia määrää resistiivise kompoeti pieimmä kohiataso. 5 Termie kohia... Kohiajäittee spektrie tehotiheys S e ( f ) = 4kTR [V /Hz] Kohiajäittee tehollisarvo (rms) e = 4kTRB [V] k = Boltzmai vakio (1.38 x 10-3 J/K) T = absoluuttie lämpötila (K) B = kohiakaista leveys (Hz) R = resistassi (Ω) Suuruusluokka: 1 kω, 1 Hz -> 4V rms 1 kω, 10 khz -> 0.4 µv rms 6

4 Termise kohia malli Kytkettyje resistassie kohia o verraollie muodostuva ekvivalettivastukse arvoo 7 Termise kohia miimoiti e = 4kTRB B, - taajuuskaista (mittauskaista) pieetämie T, - jäähdyttämie R, - yleisesti häviöide pieetämie, impedassisovitukset - Resistasseja ei yleesä voi pieetää, koska sigaaliki pieeee. Lisäksi alkaa kulua tehoa - Käytetää resistassie sijasta kapasitiivisia ja/tai iduktiivisia kompoetteja, jos mahdollista - Sigaalie siirto piei-impedassisea (virtaviesti) 8

5 Raekohia (shot oise) Diodeissa, trasistoreissa, ja elektroiputkissa esiityy virtakohiamekaismi, jota kutsutaa raekohiaksi. Raekohia liittyy virrakulkuu potetiaalivalli yli. Virra kulku ei ole jatkuvaluoteista, vaa tapahtuu yksittäiste virrakuljettajie (elektroit ja aukot) summasta. Tällaie potetiaalivalli o esim. kaikkie puolijohdekompoettie p-rajapialla. 9 Raekohia (shot oise) Raekohia tehotiheys: S ( f ) = qi i DC [A /Hz] Raekohiavirra tehollisarvo (rms): I = qi B [A] s DC q = elektroi varaus ( C) I DC = DC-virta (A) B = kohiakaista leveys (Hz) 10

6 Raekohia miimoiti I = qib Virra miimoiti, kuha se ei pieeä sigaalia Taajuuskaista pieetämie Vältetää kompoetteja jotka tuottavat raekohiaa: Diodit Bipolaaritrasistorit, iide sijasta FET-trasistoreita 11 Valkoie kohia aikatasossa 1

7 Valkoie kohia taajuustasossa 13 1/f - kohia (flicker oise, cotact oise, low-frequecy oise) 1/f - kohia tehospektri ei ole tasaie, vaa kohia taso kasvaa taajuude pieetyessä. Tehotiheys oudattaa muotoa S(f) = K/f α, α = /f - kohia ei varsiaisesti ole yksittäie kohiamekaismi, vaa sisältää useita eri sytymekaismeja. Ilmeee esim. Operaatiovahvistite bias-jäitteide ryömimiseä 14

8 1/f - kohia (flicker oise, cotact oise, low-frequecy oise) Esitettyjä sytymekaismeja: Geeraatio-rekombiaatio mekaismi puolijohteissa Virra kulku epähomogeeisessa johteessa (massavastukset), kohia tehotiheys verraollie virtaa 1/f - kohialle (α = 1) o omiaista, että kohiateho o sama jokaista taajuusdekadia kohti: esim Hz tai Hz. 15 1/f - kohia aikatasossa 16

9 1/f - kohia taajuustasossa 17 1/f - kohia miimoiti Keskiarvoistus ei juurikaa auta. Viimeisi lukema o paras Siirretää mittaus suuremmille taajuuksille esim. moduloimalla Kompoettie valita: Metallikalvovastuksilla pieempi 1/f kohiakui massa/hiilivastuksilla JFETeillä pieempi kui MOSFETeillä Chopper-stabiloidut operaatiovahvistimet Hyvät liitoskotaktit 18

10 Kohialähteide yhteisvaikutus Kohialähteide yhteisvaikutus saadaa summaamalla eliöllisesti. Kohiajäite- ja kohiavirtalähteet, joide geeraatioprosessit ovat itseäisiä, eivät korreloi keskeää. Korreloimattomille kohialähteille: = ( e e e, tot =,1 + e Mikäli kohialähteillä o korrelaatiota (harviaista): e tot + e ) = e, + e,,1,,1,,1, γ= korrelaatiokerroi, γe e 19 Kohiakaistaleveys B = A A( f ) df A(f) = jäitevahvistus A 0 = maksimivahvistus 0

11 Sigaali-kohia - suhde (SNR tai S/N) Sigaali-kohia suhde = kohiattoma sigaali teho P s ja kohiateho P suhde S SNR = = N Ps P Voidaa esittää myös tehollisarvoje suhteea Desibeleiä: Ps Vs SNR = 10 log10( ) = 0 log10( ) P V 1 Kohialuku Kohialuku F kuvaa kuika paljo jäjestelmä heiketää sigaalikohia suhdetta. F = SNR SNR i out = P P s, i, i P P, out s, out Käytäössä F>1 Desibeleiä : NF = 10 log10( F)

12 (Kohialämpötila) Kohialämpötila (T ) kuvaa vahvistime aiheuttamaa lisäkohiaa lähdekohiaa (samoi kui kohialuku). Ilmaisee vahvistime kohia lähderesistassi (R S ) lisäkohiaa. Kohialämpötila: T =T 0 (F-1) 3 Kertaus Termistä kohiaa sytyy kaikissa häviöllisissä kompoeteissa. e = 4kTRB [V] Raekohiaa sytyy ku virtaa kuljettavat yksittäiset varauksekuljettajat mm. p-liitokssa. I = qib [A] Korreloimattomie kohialähteide yhteisvaikutus: e e, tot =,1 + e, 4