imported>Roxiffe-bot: удаление зацикленных ссылок

2025-05-05T11:55:58Z

удаление зацикленных ссылок

Новая страница

[[Image:photon-noise.jpg|thumb|300px|Моделирование фотонного шума. Количество фотонов на пиксель увеличивается слева направо и от верхнего ряда к нижнему.]]
'''Дробово́й шум''' или '''пуассоновский шум''' — беспорядочные [[флуктуация|флуктуации]] числа частиц относительно их среднего значения, связанные с их дискретностью. Для электрически заряженных частиц — [[электрон]]ов, [[ион]]ов проявляется как флуктуации [[Электрический ток|токов]] в электрических цепях и [[Электронное устройство|электрических приборах]]. Перемещение каждого носителя заряда в цепи через воображаемую поверхность секущую провод сопровождается всплеском тока в цепи, обусловленного [[Элементарный заряд|дискретностью носителей электрического заряда]]. Для незаряженных частиц, например фотонов, возникает при регистрации числа фотонов детектором.

Дробовой шум был предсказан [[Шоттки, Вальтер|Вальтером Шоттки]] в [[1918 год]]у.

В отличие от [[тепловой шум|теплового шума]], вызванного тепловым движением электронов, дробовой шум не зависит от [[температура|температуры]].

Дробовой шум проявляется, например, в виде характерного акустического шума в динамике [[радиоприёмник]]а, в виде «снега» на экране [[телевизор]]а{{Нет АИ|24|9|2013}}, помех, так называемой «травки» на радиолокационном индикаторе и т. п.

Дробовой шум — основная составляющая внутренних шумов большинства радиоэлектронных устройств, которые приводят к аддитивному искажению слабых [[полезный сигнал|полезных сигналов]] и ограничивают [[отношение сигнал/шум]] чувствительных электронных усилителей.

Термин «дробовой шум» (а также дробовой эффект) возник в связи с тем, что благодаря ему в громкоговорителе, подключённом к выходу усилителя или радиоприёмника, появляется акустический шум, воспринимаемый ухом как напоминающий шум сыплющихся [[Оружейная дробь|дробинок]].

В [[Вакуумные электронные приборы|электронно-вакуумных приборах]] (ЭВП) флуктуации тока возникают на поверхности эмиттирующего электроны катода вследствие статистического характера [[Электронная эмиссия|эмиссии электронов]] и дискретности заряда.

Спектральная плотность тока катода <math>S_\omega (I)</math> дробового шума при работе ЭВП в режиме насыщения определяется соотношением <math>S_\omega (I) = e I_0</math> (формула [[Шоттки, Вальтер|Шоттки]]), где <math>e</math> — заряд электрона, <math>I_0</math> — средний ток. Спектр флуктуаций анодного тока, обусловленных дробовым шумом тока катода, имеет неизменную [[Спектральная плотность мощности|спектральную плотность мощности]] до весьма высоких значений частот (до частот, на которых становится существенно время пролёта электрона от катода к аноду).

В силу теплового разброса скоростей электронов дробовой шум всегда сопровождается флуктуациями не только тока, но и других характеристик электронного потока, например, плотности объёмного заряда.

Дробовой шум, природа возникновения которого родственна дробовому шуму в ЭВП, наблюдается и в [[Полупроводниковые приборы|полупроводниковых приборах]]. В последних различают дробовые шумы, вызванные флуктуациями дрейфа носителей заряда, и шумы, вызванные флуктуациями диффузии носителей заряда.

Среднюю величину сигнала и его спектральные характеристики на выходе линейной системы, на вход которой присутствует дробовой шум, можно вычислить пользуясь [[Теорема Кэмпбелла|теоремой Кэмпбелла]].

== Спектральная плотность ==
Пусть через некоторое электронное устройство идет ток, образованный потоком независимых носителей заряда, со средней частотой <math>\bar{n}</math><ref name="Жалуд">''Жалуд В., Кулешов В. Н.'' Шумы в полупроводниковых устройствах. — М.: [[Советское радио]], 1977. — C. 25</ref>. Пролёт каждого носителя заряда вызывает импульс тока <math>\Delta i</math> во внешней цепи. Из теоремы Карсона следует, что спектр флуктуаций тока, образованного последовательностью независимых импульсов <math>S_{in}(\omega)=2 \bar{n} \left|S_i(j \omega)\right|^2</math>, где <math>S_{i}(j \omega)=\int\limits_{-\infty}^{\infty} \Delta i(t) e^{-j \omega t} dt</math>, является спектром элементарного импульса. Вводя нормированный спектр <math>S_{i}^{0}(j \omega)= \frac{S_{i}(j \omega)}{S_{i}(0)}</math> и учитывая, что <math>S_{i}(0)=q</math> и <math>q \bar{n}=I_{0}</math>, получаем <math>S_{in}(\omega) = 2 q I_0 \left|S_i^0(j \omega)\right|^2</math>.

=== Пример ===
Рассмотрим p-n переход шириной <math>d=1</math> мкм через который пролетают носители заряда со скоростью <math>v = 10^{7}</math> см/c<ref name="Жалуд" />. Предположим, что каждый носитель заряда движется с постоянной скоростью и при пролёте p-n перехода [[Прямоугольная функция|прямоугольный импульс]] тока длительностью <math>\tau = \frac{d}{v} = 10^{-11}</math> с.

При этом [[Абсолютная величина|модуль]] спектральной плотности будет

: <math>\left|S_i^0(j \omega)\right| = \frac{\sin^2{\left(\frac{1}{2} \omega \tau\right)}}{\left(\frac{1}{2} \omega \tau\right)^2}</math>.

Спад такой спектральной плотности такого вида на 10 % по сравнению с её значением при частоте <math>f = 0</math> будет на частоте <math>f_{max} = \frac{1}{2 \pi \tau}</math>. В данном примере — на частоте <math>f_{max} = 16 \cdot 10^{10}</math> Гц.

== См. также ==
* [[Тепловой шум]]
* [[Белый шум]]

== Примечания ==
{{Примечания}}

== Литература ==
* ''Мак-Доналд Д.'' Введение в физику шумов и флуктуаций, М., Мир, 1964

[[Категория:Шумы]]
[[Категория:Шум (электроника)]]

Дробовой шум - История изменений

imported>Roxiffe-bot: удаление зацикленных ссылок