S Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset 2 ov. Kurssin aihealue

Transkriptio

1 S Elektroiset mittaukset ja elektroiika häiriökysymykset ov Kurssi aihealue

2 Kurssi suorittamie Hyväksytty tetti (määrää arvosaa), 5 tehtävää Hyväksytysti suoritetut labrat, 4 kpl Mittausvahvistimet 1 (operaatiovahvistimet, kohia) Spektriaalysaattori (Fourier-muuos, häiriöt) Vaiheherkkävahvisti (Lock-I vahvisti) Mittausvahvistimet (varausvahvisti, tietokoeohjattu mittaus) Lisäksi - Laskuharjoitukset 4 kertaa, joista saa lisäpisteitä (max 6 p) tettii Lueto 1 Kohia omiaisuuksia Kohiamekaismit Termie kohia Raekohia 1/f - kohia Muita kohiatyyppejä Esimerkkejä Kohiaa liittyvää termiologiaa Kohiakaistaleveys Kohialähteide yhteisvaikutus Sigaali-kohia suhde Kohialuku Kohialämpötila Lueo kertaus

3 Kohia omiaisuuksia Kohia o täysi satuaie sigaali - Eri taajuuskompoeteilla o satuaie taajuus ja vaihe - Hetkellistä amplitudia ei voida eustaa Kohia aikakeskiarvo o olla: ( ) lim ( ) 0 Kohia variassi: δ = Ψ(0) = ( t) ( t + τ ) Variassi eliöjuuri (hajota) o kohia tehollisarvo (rms-arvo) τ = 0 = = T t ( t) T 1 = T t T 1 lim T 0 T 0 ( t) dt = dt Kohia omiaisuuksia Kohia spektraalie tehotiheys S(f) kuvaa kohiateho jakautumista taajuudessa (yksikkö [V /Hz] tai [A /Hz]) S( f ) (0) j = Ψ e πft dt Tehotiheys δ ( f ) = 0 S( f ) df Tehollisarvo Valkoie kohia tasaie tehospektri

4 Kohiamekaismit Päätyypit Termie kohia (valkoista kohiaa) Raekohia (valkoista kohiaa) 1/f - kohia Olemassa myös muita kohiamekaismeja Termie kohia (Thermal oise) Termie kohia o lämpötila aiheuttamaa varauksekuljettajie satuaisliikettä johteessa. Kutsutaa myös Johsoi tai Nyquisti kohiaksi Sytyy aia ku o häviöitä (impedassi reaaliosassa) Resistassit Kapasitassi: resistiiviset ja dielektriset häviöt Iduktassi: resistiiviset ja pyörrevirtoje aiheuttamat häviöt Termie kohia määrää resistiivise kompoeti pieimmä kohiataso.

5 Termie kohia... Kohiajäittee spektraalie 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) Muistisäätö: 1 kω, 1 Hz -> 4V rms Termise kohia malli Kytkettyje resistassie kohia o verraollie muodostuva ekvivalettivastukse arvoo

6 Termise kohia miimoiti e = 4kTRB [V] B, - taajuuskaista (mittauskaista) pieetämie T, - jäähdyttämie R, - yleisesti häviöide pieetämie, impedassisovitukset - käytetää pieiä resistasseja (kuormitus otettava huomioo) - käytetää resistassie sijasta kapasitiivisia ja/tai iduktiivisia kompoetteja, jos mahdollista 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.

7 Raekohia (shot oise) Raekohia tehotiheys: S ( f ) = qi e DC [A /Hz] Raekohiavirta: I = qi B [A] s DC q = elektroi varaus ( C) I DC = DC-virta (A) B = kohiakaista leveys (Hz) Raekohia miimoiti I = qib [A] virra miimoiti, kuha se ei pieeä sigaalia taajuuskaista pieetämie vältetää kompoetteja jotka tuottavat raekohiaa: diodit bipolaaritrasistorit, iide sijasta FET-trasistoreita

8 Valkoie kohia aikatasossa Valkoie kohia taajuustasossa

9 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. Kaikkia sytymekaismeja ei vielä tueta. 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.

10 1/f - kohia aikatasossa 1/f - kohia taajuustasossa

11 1/f - kohia miimoiti Siirretää mittaus suuremmille taajuuksille: modulaatiomeetelmät Kompoettie valita: esim. metallikalvovastuksilla pieempi 1/f - kohia kui massa/hiilivastuksilla JFETeillä pieempi kui MOSFETeillä Hyvät liitoskotaktit Kohialähteide yhteisvaikutus Kohialähteide yhteisvaikutus saadaa summaamalla eliöllisesti: = ( e + e ) = e + e + γe e e tot,,1,,1,,1, γ= korrelaatiokerroi, Kohiajäite- ja kohiavirtalähteet, joide geeraatioprosessit ovat itseäisiä, eivät korreloi keskeää. Korreloimattomille kohialähteille e e, tot =,1 + e,

12 Kohiakaistaleveys B = A A( f ) df A(f) = jäitevahvistus A 0 = maksimivahvistus Sigaali-kohia - suhde (SNR tai S/N) Sigaali-kohia suhde = kohiattoma sigaali teho Ps ja kohiateho P suhde S SNR = = N Ps P Voidaa esittää myös tehollisarvoje suhteea Desibeleiä: Ps Vs SNR = 10 log10( ) = 0 log10( ) P V

13 Kohialuku Kohialuku F kuvaa kuika paljo jäjestelmä heiketää sigaalikohia suhdetta. F = SNR SNR i out = P P s, i, i P, out P s, out Käytäössä F>1 Desibeleiä : NF = 10 log10( F ) Kohialämpötila Kohialämpötila (T) kuvaa vahvistime aiheuttamaa lisäkohiaa lähdekohiaa (samoi kui kohialuku). Ilmaisee vahvistime kohia lähderesistassi (R S ) lisäkohiaa. Kohialämpötila: T =T 0 (F-1)

14 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,