НЧ шуми. В літературі по надійності РЕА немає ще єдиної терміналогіі для даного виду шуму. Зустрічаються назви: мерехтіння шум, мерехтіння, шуми типу 1 / f, надлишкові шуми і НЧ шуми.
Причиною виникнення цього шуму є різні дефекти в структурах ППП. Для цього виду шуму зазвичай розглядають спектральну щільність потужності цього шуму, яка пропорційна величині. де коефіцієнт характеризує вид спектра. Енергетичний спектр шуму залежить від джерела флуктуації, а так само від смуги пропускання ланцюгів, через які проходить сигнал. Спектральна щільність потужності шуму дорівнює усередненої за часом потужності. Що припадає на одиницю смуги частот, і характеризує розподіл потужності в спектрі частот. [3]. Спектральна щільність G (f) вимірюється наступним чином
Використовується також часто коефіцієнт шуму
де U2ш.п.- квадрат ефективного напруги шуму, приведеного на вхід;
Rг - опір джерела сигналу.
Відзначено, що коефіцієнт шуму сильно залежить від опору джерела сигналу, що є недоліком цього параметра.
Багато дослідників відзначили, що основні види відмов ППП і інтегральних схем (ІС) прогнозуються за рівнем їх НЧ шумів, тому вважається, що через характеристики НЧ шуму можна отримати показники надійності ППП і ІВ. Як прогнозує характеру можна використовувати будь-яку з розглянутих характеристик: Ефективне напруга шуму, коефіцієнт шуму, спектральну щільність потужності, функцію автокореляції.
Відзначено, що функція автокореляції і спектральна щільність потужності будь-якого випадкового процесу тісно взаємопов'язані і для отримання даних про цей процес (де відбиваються найповніше фізична сутність і параметри ет000ого процесу) досить виміряти одну з цих характеристик. Але, з точки зору зручності вимірювань в виробничих умовах перевагу. віддається спектральної щільності потужності шуму.
5. Методи вимірювання НЧ шумів.
За [3] при вимірюванні електричних шумів застосовують такі методи:
метод порівняння. Досліджуваний шум порівнюється з еталонним сигналом або шумом. У цьому методі вимірюються відносні величини і найчастіше метод застосовують при вимірюванні коефіцієнта шуму;
Обидва методи дають високу чутливість і точність вимірювань, але реалізуються тільки на високих частотах. Застосовують ці методи при дослідженні теплових і дробових шумів;
метод безпосереднього вимірювання НЧ шуму. Метод грунтується на отриманні спектральної щільності потужності шуму на деякій частоті через вимір ефективного напруги шуму за допомогою високочутливого вимірювача з відомою смугою пропускання. Вимірювач в загальному випадку повинен містити: лінійний смуговий фільтр (з досить вузькою смугою пропускання f), квадратичний детектор, інтегратор, реєструючий пристрій. В даний час найбільш доцільним вважається імпульсний режим вимірювання НЧ шуму. Це пов'язано з труднощами встановлення стаціонарного теплового режиму ППП і ІВ, так як доведено, що температура впливає на основні електричні параметри ППП і ІВ.
Розглянемо по [3] практичні схеми, що реалізують вимір НЧ шумів ППП.
Структурна схема установки для вимірювання шумів транзисторів по [3] наведена на рис. 1. Шляхом вимірювання напруг живлення маємо можливість змінювати режим роботи транзистора в широких межах. При відомих режимах [3] (струм емітера Iе> 1 mA, напруга колектора Uк> 3 В), маємо можливість виявлення поступових відмов за рахунок зміни стану поверхні, так і раптових оотказов за рахунок об'ємних дефектів і дефектів контактних з'єднань. Для малопотужних транзисторів використовують режим вимірювання коефіцієнта шуму, зазначений технічними умовами. Опис роботи докладно дається [3]. Вимірюють ефективне напруга шуму, наведене до бази транзистора Uш.б.через коефіцієнт посилення вимірювальної установки по напрузі Ки
де Uс.вих - каліброване напруга, виміряна на виході установки;
Uс.вх - каліброване напруга на ході досліджуваного транзистора.
Для більш точного вимірювання спектральної щільності шуму вимірюють ширину пропускання фільтра, яка визначає помилку вимірювання.
де К (f), К (f0) - значення коефіцієнтів передачі лінійного фільтра на деякій частоті f і на резонансній частоті f0 відповідно. Коефіцієнт Кі по [24] можна також визначати наступним чином по [3]
де Кп.у., Ки.т - коефіцієнти посилення попереднього посилення і підсилювальної схеми на досліджуваному транзисторі.
Треба відзначити, що для стабільності Ки.т застосовується негативний зворотний зв'язок по току. У загальному вигляді принципова схема включення досліджуваного транзистора по [3] показана на рис.2.
Малошумящий підсилювач - найбільш важлива частина установки, що визначає рівень власних шумів. В даний час розроблена достатня кількість схем малошумящих підсилювачів.
Структурна схема для вимірювання шумів діодів наведена [3] на рис.3.
Щоб виключити помітний розкид значень диференціального опору при заданому струмі дотримуються умови Rн< де Uш.ізм. - напруга шуму, виміряний на виході попереднього підсилювача. Слід зазначити, що похибка вимірювання шуму діода в сильному ступені залежать від нестабільності коефіцієнта Кп.у. тому його необхідно періодично перевіряти. Також слід зазначити, що рівень шумів діодів значно менше транзисторних. Деякі особливості є при вимірюванні шуму потужних транзисторів. Як правило, тут використовується імпульсний метод вимірювання. Схема включення потужних транзисторів по [3] наведена на рис.4. Опис схеми і процедури вимірювання шуму докладно дається в [3] Розроблено вимірювачі шумів ІС, зокрема, структурна схема одного з них по [3] має такий вигляд. (Рис.5) Опис роботи даної структурної схеми наводиться в [3]. 6. Автоматизація вимірювання НЧ шумів напівпровідникових приладів і Дослідження НЧ шумів різних елементів РЕА проводиться давно. Але з кожним роком розробляються всі нові елементи РЕА. Змінюється часом елементна база РЕА, створюються нові технології виробництва і контролю РЕА. В даний час вважається доцільним автоматизувати процес вимірювання і контролю параметрів елементів РЕА для відбракування непридатних елементів і скорочення часу контролю. За [3] пропонується з метою підвищення якості продукції, що випускається підприємств електронної промисловості розробити і впровадити автоматичні системи управління технологічним процесом (АСУТП). В якості однієї з підсистем АСУТП використовувати контроль технологічного процесу виробництва ППП (діоди, транзистори, тиристори, інтегральні збірки і т. Д.) За рівнем НЧ шуму. Вважається, що цей метод універсальний саме для ППП, тому що всі вони складаються з різних структур з одним і більше p-n переходами. В даний час широке впровадження і поширення набули АСУТП із застосуванням комп'ютерних технологій і комп'ютерної техніки. Пропонується наступна функціональна схема для одноразового вимірювання НЧ рівня шумів ППП. Від звукового генератора подається напруга Uг певної частоти (від 20 Гц до 1 кГц), яке комутується через перемикаючий блок на одну зі схем включення зразків. Для кожного підвиду ППП (діод, транзистор, тиристор, інтегральна збірка) своя схема включення. Перехідний блок визначає від якої зі схем включення йде сигнал і на виході видає напругу Uх, яке проходить через вузькосмуговий селективний підсилювач, на виході якого отримуємо напругу шуму Uш на частоті, заданої звуковим генератором. Величина напруги шуму фіксується на табло цифрового вольтметра, який пов'язаний з комп'ютером шиною даних. У комп'ютері закладені дані по середньому значенню шуму Gср і дисперсії D на кожен тип ППП, що проходить контроль. При цьому враховується, що Gср визначається по (22) і рівень відбракування потенційно ненадійних ППП визначається статистичним опрацюванням даних.Схожі статті