Исследование собственного шума пассивных и активных цепей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Радиофизика»

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №19

«ИССЛЕДОВАНИЕ СОБСТВЕННОГО ШУМА ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ ЦЕПЕЙ»

Преподаватель: Зайцев Э.Ф.

Работу выполнил: Багров В.В.

гр.2094/1

                                                                Санкт-Петербург

2004г.

Цель работы: знание основных причин возникновения флуктуационных колебаний в элементах радиоцепей, умение объяснить закономерности, которым они подчиняются, овладение навыками измерения шумов.

Схема установки.

1.  Тепловой шум сопротивления:

А).измерение собственного шума усилителя(вместе с микровольтметром):

R1=0 Ом

Uср=0,32мкВ

Б).Снятие зависимости шумового напряжения от частоты:

Формула для расчета приведенного напряжения Uш =U-Uср

R1=10 кОм               График №1                              

f, кГц	Uш, мкВ
200	0,46
300	0,43
400	0,40
500	0,36
600	0,34

R1=30 кОм                График №2

f, кГц	Uш, мкВ
200	1,08
300	0,78
400	0,58
500	0,38
600	0,28

В).Снятие зависимости напряжения шума от величины R1 (при f=350кГц)

График №3

R, кОм	Uш, мкВ
5	0,26
7,5	0,34
10	0,40
15	0,48
20	0,52
30	0,54
47	0,50
55	0,48

Г).Определение значения С0 и расчёт теоретической зависимости U(f) при R₁=30 кОм:

С0=1/wRm=1/ (2*3,14 *3,5*10⁵ Гц *3*10⁴ Ом)=15 пФ

S_u== 

U= =

Для R1=10 кОм             U(f)=

Для R1=30 кОм              U(f)=  

2).Измерение напряжения теплового шума на контуре LC в зависимости от частоты в области резонанса (около 340 кГц).

А).измерение шумового напряжения на контуре LC в зависимости от частоты:

 Rдоб=0 Ом              График №4

f,кГц	Uш,мкВ
350	0,38
355	0,48
360	0,58
365	0,78
370	0,88
375	0,78
380	0,58
385	0,48
390	0,38

 Rдоб=30 Ом             График №5

f,кГц	Uш,мкВ
350	0,28
355	0,38
360	0,63
365	0,93
370	1,13
375	0,93
380	0,58
385	0,38
390	0,33

Б). Определение добротности контура с включенным добавочным сопротивлением и без него

Q = f_р/(f_в-f_н)

а) f_н=361кГц, f_в=378кГц    Q=22

б) f_н=363кГц, f_в=378кГц    Q=26,5

В). . Расчет полного среднего квадрата напряжения

 а)U²_ср= 0,422 мкВ²

 б) U²_ср= 0,465 мкВ²

     U²_ср=kT/C = 1,38*10^-23 Дж/К*300 K/400 пФ= 0,103 мкВ²

4). Тепловой шум «горячего» сопротивления.

А). Измерение напряжения шума сопротивления R₂ при комнатной температуре и при включенном подогреве:

R₂=10 кОм                 f = 350 кГц

при комнатной температуре           U₁ = 0,4 мкВ

при включенном подогреве            U₂ = 0,45 мкВ

Б). Расчет температуры горячего сопротивления R₂

T=U2*U2*Tк/(U1*U1)=370 K

5). Измерение шумового напряжения на сопротивлении r в цепи коллектора транзистора:

А).зависимость напряжения на сопротивлении в цепи коллектора тр-ра при изменении тока коллектора:  График №6

Iк, мкА	U, мкВ
0	1,28
25	1,48
50	1,68
75	2,28
100	2,88
125	3,43
150	3,88
175	4,38
200	4,88
225	5,48
250	6,08
275	6,48
300	7,08

Б).проверка широкополосности  дробового шума:

Iк=50мкА

f,кГц	Uш,мкВ
200	1,68
300	1,58
400	1,58
500	1,58
600	1,48

Iк=200мкА

f,кГц	Uш,мкВ
200	4,88
300	2,68
400	2,68
500	2,68
600	2,48

В). Расчет теоретической зависимости квадрата шумового  напряжения от тока коллектора:

U²=2qI_kr²Δf + 4kTrΔf =

    =2*1,6*10 ^-19 Кл *25*10⁶Ом²I_kΔf +4*1,38*10^-23 Дж/К*300 K*5*10³Ом² Δf =      

     = 8*10^-12 I_kΔf+ 2*10^-17 Δf

6).шум стабилитрона:

f=200кГц                    График №7

Iст,мА	Uм,мкВ
0	1,4
0,05	2,0
0,1	2,4
0,15	5,0
0,2	3,2
0,25	2,8
0,3	2,5

Вывод: в данной лабораторной работе мы исследовали тепловые шумы в пассивных цепях, дробовой шум биполярного транзистора, а также шум лавинного пробоя в полупроводниковом стабилитроне. Для теплового шума сопротивления мы получили спадающий вид графика зависимости шумового напряжения от частоты, что соответствует теоретической зависимости, полученной по формуле Найквиста. При исследовании колебательного контура полученные зависимости имеют вид резонансных кривых, при внесении в контур добавочного сопротивления добротность контура снижается. Несовпадение значений теоретического среднего квадрата напряжения и экспериментальных значений может являться следствием неточности опыта или ошибок, допущенных при проведении опыта. В качестве дробового шума мы исследовали шум коллекторного перехода биполярного транзистора. Полученная линейная зависимость U(I_к) соответствует рассчитанной теоретической, где первое слагаемое растет пропорционально току, а второе не зависит от него и представляет собой тепловой шум сопротивления r. Напряжение шума на стабилитроне зависит не только от шумового тока но и от дифференциального сопротивления перехода ( шумовое напряжение сначала растет, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться).