Тепловой шум пассивного электрорадиоизделия | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №3 (62) март 2014 г.

Дата публикации: 22.02.2014

Статья просмотрена: 101 раз

Библиографическое описание:

Сивагина Ю. А., Меркульев А. Ю., Юрков Н. К. Тепловой шум пассивного электрорадиоизделия // Молодой ученый. — 2014. — №3. — С. 347-349. — URL https://moluch.ru/archive/62/9481/ (дата обращения: 19.08.2018).

Одной из основных задач решаемых конструктором при проектировании радиоаппаратуры, является защита ее от влияния дестабилизирующих факторов, в том числе шумов. Шумы могут иметь как внешнюю причину, т. е. их источник не входит в состав проектируемого изделия, так и внутреннюю — шум собственных элементов радиоаппаратуры. Существенный вклад в общую картину внутренних шумов вносит тепловой шум. Далее рассмотрим его природу на примере пассивного элемента электрических цепей — сопротивления (резистора).

Неупорядоченное тепловое движение атомных частиц вызывает так называемый тепловой шум во всех электрических проводниках. Статистические колебания плотности заряда в проводнике обусловлены тепловым перемещением носителей заряда [1,13]. Поэтому между концами проводника возникает быстро флуктуирующее напряжение UR — напряжение шума [1]. Эквивалентная электрическая схема реального сопротивления состоит из идеального сопротивления R, в котором нет шумов, включенного последовательно с источником напряжения шума UR (рисунок 1).

Описание: E:\ntgkjdjq iev.jpg

Рис. 1. Эквивалентная электрическая схема сопротивления с источником шума

Из второго начала термодинамики следует, что средние мощности теплового шума для волн, испускаемых источниками в интервале частот Av, равны и одинаково зависят от температуры [6, 23–32]. Эффективная мощность тепловых шумов , в проводнике с данным сопротивлением вычисляется по формуле:

(1)

Эта мощность, как следует из формулы (1), не зависит от величины сопротивления R.

Эффективное напряжение шума в сопротивлении R определяется усреднением по времени квадрата напряжения UR2 Эфф =UR2 (t). Квадрат эффективного напряжения шума определяется из уравнения Найквиста, полученного из условий термодинамического равновесия с учетом закона равнораспределения энергии по степеням свободы:

,

если h*v«k*T,

где k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура в градусах Кельвина; R — сопротивление электрической цепи; h — постоянная Больцмана; v — частота электромагнитной волны, испускаемой источником тока; Δv — диапазон частот от v до v + A v колебаний электромагнитных волн в проводнике [1].

При выполнении неравенства h • v «k • Т напряжение шума зависит не от частоты v волны, а от интервала частот Δv [1–10]. При комнатной температуре 20°С) должно выполняться следующее условие для частот:

Соответствующая длина волны лежит в субмиллиметровом диапазоне, поэтому практически все электронные приборы работают на частотах значительно ниже  [11–22].

Литература:

1.                  Слепова, С. В. Основы теории точности измерительных приборов: учебное пособие / С. В. Слепова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. — 192 с.

2.                  Андреев П. Г. Микропроцессорные системы в учебном процессе / П. Г. Андреев, И. Ю. Наумова, Н. К. Юрков, Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161–164.

3.                  Андреев П. Г. Аналого-цифровые преобразователи в учебном процессе / П. Г. Андреев, И. Ю. Наумова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 67–69.

4.                  Горячев Н. В. Концепция создания автоматизированной системы выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2010. № 11. С. 171–176.

5.                  Андреев П. Г. Применение CAD систем в проектировании радиоэлектронных средств / П. Г. Андреев, Н. А. Талибов, П. М. Осипов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 146–148.

6.                  Меркульев А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.

7.                  Андреев П. Г. / Моделирование переотражателей радиолучевых систем обнаружения. / Автореферат диссертации на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: — Пенза: ПГУ, 2005 г. — 22 с.

8.                  Горячев Н. В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 242–243.

9.                  Андреев П. Г. Методы оценки технологичности конструкции РЭС / П. Г. Андреев, Н. К. Юрков, В. Я. Баннов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 129–131.

10.              Горячев Н. В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263–263.

11.              Андреев П. Г. / Моделирование переотражателей радиолучевых систем обнаружения. / Диссертация на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: — Пенза: 2005 г. — 249 с.

12.              Горячев Н. В. Алгоритм функционирования компьютерной программы стенда исследования теплоотводов/ Граб И. Д., Горячев Н. В., Лысенко А. В., Юрков Н. К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 244–246.

13.              Андреев П. Г. Основы проектирования электронных средств:учеб. пособие/П. Г. Андреев, И. Ю. Наумова//Пенза:Изд-во ПГУ, 2010.-124 с.

14.              Горячев Н. В. Структура автоматизированной лаборатории исследования теплоотводов / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 119–120.

15.              Андреев П. Г. Математическая модель распространения электромагнитных волн в помещении / П. Г. Андреев, А. Н. Якимов // Радиопромышленность. 2013. № 2. С. 74–82.

16.              Горячев Н. В. Концептуальное изложение методики теплофизического проектирования радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 214–215.

17.              Горячев Н. В. Подсистема расчета средств охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. А. Рыжов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2010. № 4. С. 25–30.

18.              Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.

19.              Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.

20.              Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.

21.              Сивагина Ю. А. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Ю. А. Сивагина, И. Д. Граб, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74–76.

22.              Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.

23.              Горячев Н. В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78–79.

24.              Горячев Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128–130.

25.              Падолко Е. П. Основные понятия имитационного моделирования и построение имитационной модели системы массового обслуживания / Е. П. Падолко //Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 43–45.

26.              Горячев Н. В. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433–436.

27.              Горячев Н. В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 238–238.

28.              Горячев Н. В. Типовой маршрут проектирования печатной платы и структура проекта в САПР электроники Altium Design / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 120–122.

29.              Юрков Н. К. Современные методы повышения эффективности работы полупроводниковых датчиков давления в условиях воздействия повышенной температуры / Н. К. Юрков, И. В. Ползунов, С. А. Москалев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 46–47.

30.              Трусов В. А. О входном контроле элементной базы / В. А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 399–400.

31.              Меркульев А. Ю. Открытая архитектура современного информационно-измерительного комплекса /, Горячева Е. П., Юрков Н. К. // Молодой ученый. 2013. № 12 (59). С. 147–149.

32.              Горячева Е. П. Обеспечение заданного теплового режима в современных приемопередающих средствах / Е. П. Горячева, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 18. С. 47–49.

Основные термины (генерируются автоматически): интервал частот, напряжение шума, сопротивление, тепловой шум, эквивалентная электрическая схема, эффективное напряжение шума.


Похожие статьи

Эффективность применения акустических экранов

Непрерывный шум преимущественно характеризуют эквивалентным уровнем звука на заданном временном интервале.

«Средства измерения электрических и магнитных величин. Общие технические условия», Минск, 1994г.; 4. ГОСТ 54931–2012.

Мехатронная система автоматического регулирования внутреннего...

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема системы автоматического регулирования

эквивалентное сопротивление нагрузки; — суммарная емкость кристалла и нагрузки

Основные технические характеристики датчика: напряжение питания 4,5–20 В; угол обзора...

Использование ультразвуковых волн для измерения расстояния...

Частота ультразвука выше уровня частот, слышимых человеческим ухом, так как его диапазон находится в пределах от 20 кГц и выше.

Если на металлические обкладки подать переменное электрическое напряжение, то

Рис. 2. Эквивалентная схема ультразвукового передатчика.

Классы усилителей мощности. Усилители классов А, В, АВ, С

Самая простая схема класса В включает в себя 2 дополняющих друг друга биполярных

Эта пара транзисторов управляется от одного источника напряжения, генерирующего гармонический сигнал.

Усилитель класса В в значительной мере снижает тепловые потери и повышает...

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

 предложено принципиально иное решение вопроса температурной стабилизации шумового напряжения без внешних термодатчиков

 термостабильные генераторы шума в широком диапазоне частот могут быть использованы для калибровки радиометрических приёмников и...

Автоматизация радиометрических измерений низкоинтенсивных...

Шумы эквивалента антенны 3 выбирают равными соответствующим шумам антенны 1. При таком

Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром нижних частот 24 и регистрируется прибором 28, который также передает свой результат в CPU для дальнейшего преобразования.

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

В статье представлена принципиальная электрическая схема устройства

Избыток напряжения гасится на реактивном сопротивлении конденсатора С7.

МЭК-03. Микрофон электретный, диаметр 10мм, диапазон частот 50–13000Гц, чувствительность 55мВ/Па.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Эффективность применения акустических экранов

Непрерывный шум преимущественно характеризуют эквивалентным уровнем звука на заданном временном интервале.

«Средства измерения электрических и магнитных величин. Общие технические условия», Минск, 1994г.; 4. ГОСТ 54931–2012.

Мехатронная система автоматического регулирования внутреннего...

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема системы автоматического регулирования

эквивалентное сопротивление нагрузки; — суммарная емкость кристалла и нагрузки

Основные технические характеристики датчика: напряжение питания 4,5–20 В; угол обзора...

Использование ультразвуковых волн для измерения расстояния...

Частота ультразвука выше уровня частот, слышимых человеческим ухом, так как его диапазон находится в пределах от 20 кГц и выше.

Если на металлические обкладки подать переменное электрическое напряжение, то

Рис. 2. Эквивалентная схема ультразвукового передатчика.

Классы усилителей мощности. Усилители классов А, В, АВ, С

Самая простая схема класса В включает в себя 2 дополняющих друг друга биполярных

Эта пара транзисторов управляется от одного источника напряжения, генерирующего гармонический сигнал.

Усилитель класса В в значительной мере снижает тепловые потери и повышает...

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

 предложено принципиально иное решение вопроса температурной стабилизации шумового напряжения без внешних термодатчиков

 термостабильные генераторы шума в широком диапазоне частот могут быть использованы для калибровки радиометрических приёмников и...

Автоматизация радиометрических измерений низкоинтенсивных...

Шумы эквивалента антенны 3 выбирают равными соответствующим шумам антенны 1. При таком

Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром нижних частот 24 и регистрируется прибором 28, который также передает свой результат в CPU для дальнейшего преобразования.

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

В статье представлена принципиальная электрическая схема устройства

Избыток напряжения гасится на реактивном сопротивлении конденсатора С7.

МЭК-03. Микрофон электретный, диаметр 10мм, диапазон частот 50–13000Гц, чувствительность 55мВ/Па.

Задать вопрос