Qu'est-ce qui fait tout ce bruit?

Les gens parlent souvent de bruit dans les circuits. Les amplificateurs opérationnels bon marché sont bruyants , faire fonctionner un moteur peut créer du bruit sur l'alimentation, et de nombreux circuits analogiques traitent du rapport signal / bruit (c'est-à-dire: essayer de maintenir le bruit de fond bas).

Mon intuition est que le bruit est la présence de signaux à des fréquences qui ne nous intéressent pas. (Cela peut ou peut ne pas être correct.) Cependant, je ne sais pas d'où vient ce bruit.

Comment le bruit électrique apparaît-il? Qu'est-ce qui le génère? Comment m'en débarrasser?

La présence de puissance à des fréquences qui ne vous intéressent pas peut facilement être filtrée. La présence de puissance aux fréquences qui vous intéressent est le problème, car cela ne peut pas être filtré.

Il existe plusieurs sources principales de bruit . Cela dépend du contexte dont vous parlez, cependant - des choses telles que les interférences ou les diaphonie peuvent être considérées comme du bruit dans le contexte, par exemple, du rapport signal / bruit, mais lorsque vous construisez un `` amplificateur à faible bruit '' , il s'agit de sources intrinsèques de bruit.

Une source de bruit inévitable est le bruit thermique . Tout objet qui n'est pas assis au zéro absolu se comporte comme un corps noir et rayonne un rayonnement électromagnétique. C'est un problème pour les communications RF à longue portée car le rayonnement du corps noir provenant du sol, des bâtiments, etc. apparaîtra dans la bande d'intérêt et mettra un «étage» au niveau du signal que vous pouvez recevoir. Ce bruit est plus ou moins plat jusqu'à environ 80 GHz, donc la puissance du bruit est simplement proportionnelle à la bande passante et à la température. Le bruit thermique dans l'électronique est appelé bruit de Johnson. Le bruit de Johnson est généré par des électrons (ou d'autres porteurs de charge) qui se tortillent parce qu'ils ne sont pas au zéro absolu. Cela peut être modélisé comme une source de tension en série ou une source de courant en parallèle avec chaque résistance d'un circuit. Le bruit de Johnson est proportionnel à la bande passante, à la température et à la résistance.

Le bruit de grenaille est un type de bruit très différent qui se produit lorsque les charges se déplacent à travers un espace (tube à vide) ou à travers une jonction semi-conductrice (diode, BJT). Étant donné que les porteurs de charge sont discrets (vous pouvez les compter), la charge doit être mesurée dans ces unités quantifiées. Lorsqu'un courant circule, un nombre entier de porteurs de charge se déplace, arrivant à des intervalles aléatoires. Pour les grands courants, la fluctuation est si faible qu'elle est fondamentalement indétectable. Cependant, pour de très petits courants, le courant circulera en une série d '«impulsions», une pour chaque électron. En conséquence, le bruit de tir devient un gros problème à de faibles niveaux de signal. Le bruit de tir est blanc; ce qui signifie qu'il est indépendant de la fréquence et que la puissance de bruit globale est proportionnelle à la bande passante.

Le bruit de scintillement , ou bruit 1 / f , est un autre type de bruit différent. Cela se produit dans les appareils électroniques, en plus du bruit Johnson et du bruit de tir. Le bruit de scintillement est appelé bruit 1 / f car la puissance du bruit est proportionnelle à l'inverse de la fréquence - elle est élevée aux basses fréquences et faible aux hautes fréquences. Le bruit de scintillement dépend généralement du niveau CC.

D'autres sources de bruit sont un peu moins courantes, comme le bruit d'avalanche . Le bruit d'avalanche est causé par une panne d'avalanche. Lors d'une panne d'avalanche, les électrons en circulation libèrent plus d'électrons et créent un courant en croissance exponentielle. Des appareils tels que les photodétecteurs d'avalanche utilisent cet effet pour détecter un petit nombre de photons en polarisant l'appareil juste au bord de la rupture d'avalanche de sorte qu'un petit nombre de photons frappant le détecteur libère suffisamment d'électrons pour déclencher la panne. Le flux de courant lors d'une panne d'avalanche est très bruyant. En fait, il est si bruyant que des diodes à avalanche sont utilisées comme sources de bruit RF pour tester divers composants RF.

La diaphonie, les interférences et l'intermodulation sont également des sources de signaux indésirables, mais ils ne sont pas techniquement du bruit. La diaphonie et les interférences sont des signaux indésirables provenant de sources externes. L'intermodulation provient de non-linéarités et entraîne la superposition de canaux adjacents dans le même milieu. Il s'agit d'un problème majeur lorsque vous essayez de transmettre un grand nombre de canaux en parallèle lorsqu'ils se mélangent. Il s'agit généralement de 2 Fa - Fb. Par exemple, si je transmets deux canaux avec un espacement de 1 kHz sur 1 MHz, alors je transmets 1.000 MHz et 1.001 MHz. IMD signifie que j'obtiendrai une certaine puissance sur 2 * 1.000 - 1.001 = 0.999 MHz et 2 * 1.001 - 1.000 = 1.002 MHz, ce qui interférerait avec les canaux adjacents sur le même espacement.