. Дробовой шум. Связь между дробовым шумом и зарядом носителей

Дробовой шум, наряду с тепловым, является одним из основных источников шумов в электронных лампах, полупроводниковых приборах и в других радиоэлектронных устройствах. Причиной дробового шума является дискретность электрических зарядов, которые переходят из одного материала в другой или случайно пересекают некоторый потенциальный барьер. Дробовый шум понимается как неравномерное движение дискретных носителей электрического тока. При этом каждый носитель генерирует в цепи импульс тока, а суперпозиция этих импульсов образует флуктуирующий ток.

Примерами являются флуктуации тока в случае испускания электронов термоэлектронным катодом в электронной лампе, где электроны достигают анода порциями, кратными заряду электрона, а также флуктуации тока эмиссии фотодиода из-за случайной генерации носителей тока под действием падающего излучения. Флуктуации тока, протекающего через любой p-n переход или барьер Шоттки также имеют характер дробового шума. Вообще говоря, прибытие каждого отдельного электрона на анод в электронной лампе или на коллектор в биполярном транзисторе сопровождается всплеском тока в цепи. При этом процессы испускания электронов термоэлектронным катодом или фотокатодом, переход носителей тока через область пространственного заряда в p-n переходе или через барьер Шоттки представляют собой последовательность независимых случайных событий, которые описываются распределением Пуассона (2.21) (пуассоновский процесс).

Употребление термина «дробовой шум» объясняется тем, что электронный ток напоминает поток дробинок. Шум аналогичен шуму падения отдельных дробинок, например, на поверхность воды. Если за некоторое время падает в среднем N дробинок, то дисперсия этого числа составит . Поэтому очевидно, что чем больше поток дробинок, тем больше должен быть и шум.

Беспорядочные флуктуации напряжений и токов в цепях радиоэлектронных устройств относительно их среднего значения вследствие дробового шума обусловлены дискретностью носителей электрического заряда – электронов. В отличие от теплового шума, вызванного тепловым движением электронов, дробовой шум не зависит от температуры.

Познакомиться с механизмом возникновения дробового шума проще всего на примере рассмотрения структуры анодного тока лампового диода, работающего в режиме насыщения (без области пространственного заряда). В электронной лампе электроны вылетают из накаляемого катода и под действием поля анода, пролетая через промежуток катод-анод, достигают анода. Моменты вылета электронов из катода, а также моменты их попадания на анод можно считать случайными независимыми событиями. Если в диоде не образуется объемный заряд, то все электроны, вышедшие из катода (диод работает в режиме насыщения), достигнут анода. При этом каждый электрон создает во внешней цепи импульс анодного тока, длительность которого определяется временем пролета электроном расстояния от катода до анода. Поскольку отдельные электроны достигают анода порциями, то ток анода будет иметь вид импульсов длительности , как это показано на рис. 3.5. Результирующий анодный ток I, создаваемый отдельными электронами, испытывает флуктуации около некоторого среднего значения (рис. 3.6.).

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector