Zgomotul Dispozitivelor Semiconductoare

Zgomotul electric al dispozitivelor electronice semiconductoare este un semnal electric perturbator (curent sau tensiune), cu o variaţie întâmplătoare în timp (amplitudine şi fază). Acest semnal aleator, generat de dispozitiv, este asociat direct proceselor fizice fundamentale, care se petrec în funcţionarea dispozitivului. Zgomotul este o consecinţă a faptului că sarcina electrică nu este continuă, transportul acesteia realizându-se în mod aleator, în cantităţi discrete, egale cu sarcina electronului.

Zgomotele generate de însăşi funcţionarea dispozitivelor semiconductoare sunt: zgomotul termic, zgomotul de alice, zgomotul de licărire şi zgomotul de explozie. Pentru analiza efectului zgomotului asupra performanţelor circuitelor cu dispozitive semiconductoare, zgomotele sunt introduse în modelele dispozitivelor, sub forma unor surse echivalente de tensiune (valoare efectivă ) sau de curent (valoare efectivă ). Pentru fiecare tip de zgomot, este precizat pătratul valorii efective (valoarea pătratică medie) a tensiunii sau curentului de zgomot:

. (1)

. (2)

Pentru reprezentarea surselor echivalente de zgomot, de tensiune sau de curent, se foloseşte fie un cerc haşurat, în dreptul căruia se scrie pătratul valorii efective a tensiunii sau curentului de zgomot, fie un cerc în interiorul căruia este precizat tipul sursei: de tensiune ( ) sau de curent ( ).

Zgomotul alb este un zgomot a cărei densitate spectrală,

, (3)

nu depinde de frecvenţă. În categoria zgomotelor albe intră zgomotul termic şi zgomotul de alice.

Zgomotul termic este generat de mişcarea termică aleatoare a electronilor liberi, care determină un curent fluctuant cu valoare medie nulă. Orice rezistenţă reprezintă o sursă de zgomot termic. Valoarea medie pătratică a semnalului zgomot termic este proporţională cu temperatura absolută a materialului şi cu banda de frecvenţe, în care se măsoară zgomotul. Astfel, zgomotul termic al unei rezistenţe poate fi reprezentat printr-un generator de tensiune, cu rezistenţă internă şi cu valoare efectivă

, (4)

sau prin generatorul echivalent de curent

, (5)

cu aceeaşi rezistenţă internă iar este constanta lui Boltzman.

1.a) 1.b)

Fig.1. Modelarea zgomotului termic: a. cu generator de tensiune;

b. cu generator de curent

Acest tip de zgomot nu este afectat de prezenţa sau de absenţa unui curent continuu prin rezistenţă, întrucât viteza de câmp a electronilor este mult mai mică decât viteza termică.