In einem Operationsverstärker gibt es verschiedene Rauschquellen ( Operationsverstärker ), aber die mysteriöseste Rauschquelle ist Flimmerrauschen. Dies wird durch Unregelmäßigkeiten innerhalb der Leitungsbahn und Rauschen aufgrund der Vorströme in den Transistoren verursacht. Dieses Rauschen verstärkt sich umgekehrt durch die Frequenz, daher wird es häufig als 1/f-Rauschen bezeichnet. Dieses Rauschen ist noch bei höheren Frequenzen vorhanden; andere Rauschquellen im Operationsverstärker beginnen jedoch zu steuern und wirken den 1/f-Rauscheffekten entgegen. Dieses Rauschen wirkt sich auf die gesamte Elektronik wie den Betrieb aus Verstärker Diese Rauschquelle hat jedoch keine Beschränkungen innerhalb von niederfrequenten Datenerfassungssystemen. Um die beste DC-Leistung wie geringe Offset-Drift und geringer Anfangs-Offset bereitzustellen, haben Zero-Drift-Verstärker auch den zusätzlichen Vorteil, Flimmerrauschen zu eliminieren, was für Niederfrequenzanwendungen sehr kritisch ist. Dieser Artikel enthält eine Übersicht über Flackergeräusch – Arbeiten und seine Anwendungen.

Was ist Flicker Noise/Flicker Noise Definition?

Flimmerrauschen oder 1/f-Rauschen ist eine Art elektronisches Rauschen, das einfach in fast allen elektronischen Geräten auftritt und mit verschiedenen anderen Effekten wie Verunreinigungen innerhalb eines leitenden Kanals, Erzeugungs- und Rekombinationsrauschen innerhalb eines Transistors aufgrund des Basisstroms einhergehen kann. Dieses Rauschen wird häufig als rosa Rauschen oder 1/f-Rauschen bezeichnet. Dieses Rauschen tritt hauptsächlich in allen elektronischen Geräten auf und hat verschiedene Ursachen, obwohl diese im Allgemeinen mit dem Gleichstromfluss zusammenhängen. Es ist in vielen elektronischen Bereichen von Bedeutung und es ist in Oszillatoren von Bedeutung, die als HF-Quellen verwendet werden.

Dieses Rauschen wird auch als niederfrequentes Rauschen bezeichnet, da die spektrale Leistungsdichte dieses Rauschens erhöht wird, wenn die Frequenz erhöht wird. Dieses Rauschen kann normalerweise unterhalb einiger KHz beobachtet werden. Die Flimmerrauschbandbreite reicht von 10 MHz bis 10 Hz.

Flimmerrauschgleichung

Flimmergeräusche treten einfach in fast allen elektronischen Komponenten auf. Dieses Rauschen wird also in Bezug auf Halbleiterbauelemente wie Transistoren und insbesondere erwähnt MOSFET Geräte. Dieses Rauschen kann ausgedrückt werden als

S(f) = K/f

Funktionsprinzip des Flimmerrauschens

Flimmerrauschen wirkt, indem es den Gesamtrauschpegel über den thermischen Rauschpegel erhöht, der in allen Widerständen vorhanden ist. Dieses Rauschen findet man einfach in Dickfilm & Widerstände aus Kohlenstoff-Zusammensetzung , wo immer es als übermäßiges Rauschen bezeichnet wird. Im Gegensatz dazu haben drahtgewickelte Widerstände das geringste Flickerrauschen.

Dieses Rauschen kann durch Ladungsträger verursacht werden, die zufällig zwischen den Grenzflächen zweier Materialien eingefangen und freigesetzt werden. Daher tritt dieses Phänomen normalerweise in Halbleitern auf, die in Instrumentenverstärkern zum Aufzeichnen elektrischer Signale verwendet werden.

Dieses Rauschen ist einfach proportional zum Gegenteil der Frequenz. In vielen Anwendungen wie HF-Oszillatoren gibt es viele Bereiche, in denen das Rauschen dominiert, und andere Bereiche, in denen das weiße Rauschen von Quellen wie Schrotrauschen und thermischem Rauschen dominiert. Im Allgemeinen dominiert dieses Rauschen bei niedrigen Frequenzen ein richtig konstruiertes System.

“Hochpass-Operationsverstärkerfilter ”

Eliminierung von 1/F-Rauschen

Generell ist das Hacken bzw Chopper Stabilisierungstechnik wird verwendet, um die Offset-Spannung des Verstärkers zu reduzieren. Da Flimmerrauschen jedoch in der Nähe von DC-Niederfrequenzrauschen liegt, wird es durch die Verwendung dieser Technik ebenfalls effizient reduziert. Diese Technik funktioniert einfach durch Zerhacken oder Wechseln der i/p-Signale in der i/p-Stufe und danach erneutes Zerhacken der Signale in der o/p-Stufe. Das ist also gleich Modulation mit Rechteckwelle.

ADA4522-2 Blockdiagramm für Flimmerrauschen

Im obigen ADA4522-Blockdiagramm kann das i/p-Signal einfach auf die Chopping-Frequenz am CHOP moduliert werden_IN Bühne. Das i/p-Signal am CHOP_AUS Stufe wird synchron zurück auf ihre Anfangsfrequenz demoduliert und gleichzeitig werden das Flickerrauschen und der Offset der i/p-Stufe des Verstärkers einfach auf die Chopping-Frequenz moduliert.

Zusätzlich zur Verringerung der ursprünglichen Offsetspannung werden die Änderung innerhalb des Offsets und der Gleichtaktspannung verringert, was eine sehr gute DC-Linearität und ein hohes CMRR (Gleichtaktunterdrückungsverhältnis) bietet. Das Zerhacken verringert auch die Offset-Spannungsdrift und die Temperatur, aus diesem Grund werden die Verstärker, die das Zerhacken verwenden, häufig als Zero-Drift-Verstärker bezeichnet. Hier müssen wir vor allem berücksichtigen, dass die Zero-Drift-Verstärker nur das Flimmerrauschen des Verstärkers entfernen. Flimmergeräusche von verschiedenen Quellen wie dem Sensor werden unverändert durchgelassen.

Der für das Zerhacken verwendete Kompromiss besteht darin, dass es Schaltartefakte in den Ausgang einrichtet und den Eingangsvorspannungsstrom verbessert. Am Verstärkerausgang sind die Welligkeit und Glitches sichtbar, wenn sie auf einem Oszilloskop betrachtet werden, und Rauschspitzen sind in der spektralen Dichte des Rauschens sichtbar, wenn sie mit einem Spektrumanalysator betrachtet werden. Von analogen Geräten verwenden die neuesten Nulldrift-Verstärker wie die Nulldrift-Verstärkerfamilie ADA4522 einen patentierten Offset- und einen Ripple-Korrekturkreis, um Schaltartefakte zu reduzieren.

Hacken wird auch für ADCs & verwendet Instrumentenverstärker . Chopping wird verwendet, um dieses Rauschen in verschiedenen Geräten zu eliminieren, wie dem AD8237 True Rail-to-Rail, AD7124-4 Low Noise & Low Power, Zero-Drift-Instrumentenverstärker, 24-Bit-Σ-Δ-ADC, 32-Bit-Σ-Δ-ADC , AD7177-2 extrem rauscharm usw.

Ein Hauptnachteil der Verwendung von Rechteckwellenmodulation besteht darin, dass diese Wellen verschiedene Harmonische aufweisen. So wird das Rauschen bei jeder Harmonischen auf DC zurück demoduliert. Wenn wir stattdessen eine Sinuswellenmodulation verwenden, ist diese viel weniger anfällig für Rauschen und kann extrem kleine Signale im großen Rauschen verbessern, da sonst Interferenzen vorhanden sind. Dieser Ansatz wird also über Lock-in-Verstärker verwendet.

Unterschied zwischen thermischem Rauschen und Flimmerrauschen

Der Unterschied zwischen thermischem Rauschen und Flimmerrauschen wird unten diskutiert.

Thermisches Rauschen	Flimmergeräusch
Das Rauschen, das durch die thermische Bewegung der Elektronen in einem elektrischen Leiter im Gleichgewicht erzeugt wird, ist als thermisches Rauschen bekannt.	Das Rauschen, das durch zufällig eingefangene und freigesetzte Ladungsträger zwischen den Grenzflächen zweier Materialien verursacht wird, ist als Flicker-Rauschen bekannt.
Dieses Rauschen ist auch als Johnson-Rauschen, Nyquist-Rauschen oder Johnson-Nyquist-Rauschen bekannt.	Dieses Rauschen wird auch als 1/f-Rauschen bezeichnet.
Thermisches Rauschen tritt immer dann auf, wenn Strom durch den Widerstand fließt. “Schaltplan der Mini-Tesla-Spule ”	Dieses Rauschen tritt normalerweise in Halbleitern auf, die in einem Instrumentenverstärker verwendet werden, um verschiedene elektrische Signale aufzuzeichnen.
Die Intensität des thermischen Rauschens wird durch die geringeren parasitären Widerstandskomponenten verringert.	Diese Rauschintensität wird durch ein Chopper- oder Chopper-Stabilisierungsverfahren verringert, wo immer die Offset-Spannung des Verstärkers verringert wird.
Thermisches Rauschen kann entfernt werden, indem das Rückstreusignal im gesamten SAR-Bild normalisiert wird, was sowohl für die quantitative als auch für die qualitative Nutzung von SAR-Daten erforderlich ist.	Dieses Rauschen kann mit verschiedenen Techniken wie Wechselstromerregung und Chopping entfernt werden.

Was ist Flicker Noise in MOSFET?

MOSFETs haben dagegen eine hohe Grenzfrequenz (fc) wie im GHz-Bereich BJTs & JFETs haben eine untere Grenzfrequenz wie 1 kHz. Im Allgemeinen weisen JFETs bei niedrigen Frequenzen im Vergleich zu BJTs mehr Rauschen auf und sie können hohe „fc“ wie mehrere kHz haben und werden nicht für Flimmerrauschen bevorzugt.

Vorteile und Nachteile

Der Flimmergeräusche Vorteile das Folgende einschließen.

Es ist ein niederfrequentes Rauschen, wenn also die Frequenz ansteigt, wird dieses Rauschen verringert.
Es ist ein inhärentes Rauschen in Halbleiterbauelementen, das mit dem Herstellungsverfahren und der Physik der Bauelemente zusammenhängt.
Die Effekte werden normalerweise bei niedrigen Frequenzen innerhalb elektronischer Komponenten beobachtet.

Der Flimmergeräusche Nachteile das Folgende einschließen.

In jeder Präzisions-DC-Signalkette kann dieses Rauschen die Leistung einschränken.
Der Gesamtrauschpegel kann bei allen Widerstandstypen gegenüber dem thermischen Rauschpegel erhöht werden.
Es ist frequenzabhängig.

Anwendungen

Der Anwendungen von Flimmergeräuschen Dazu gehören die folgenden.

Dieses Rauschen tritt in einigen passiven Geräten und allen aktiven elektronischen Komponenten auf.
Dieses Phänomen tritt normalerweise in Halbleitern auf, die hauptsächlich zur Aufzeichnung elektrischer Signale in Instrumentenverstärkern verwendet werden.
Dieses Rauschen in BJTs bestimmt die Verstärkungsbeschränkungen des Geräts.
Dieses Rauschen tritt in Widerständen aus Kohlenstoffzusammensetzungen auf.
Im Allgemeinen tritt dieses Rauschen in aktiven Geräten auf, da die Ladung ein zufälliges Verhalten aufweist.

Q). Warum wird Flimmerrauschen als rosa angesehen?

Rosa Rauschen wird auch als Flimmerrauschen bezeichnet, da sich seine spektrale Leistungsdichte um 3 dB pro Oktave verringert. Die Leistung des Rosa-Rauschen-Bands ist also umgekehrt proportional zur Frequenz. Wenn die Frequenz höher ist, dann ist die Leistung niedriger.

F), Wie werde ich flackerndes Rauschen los?

Dieses Rauschen kann durch eine Chopper-Stabilisierungstechnik effizient reduziert werden, bei der die Offset-Spannung des Verstärkers verringert wird.

Q). Wie wird Flimmerrauschen gemessen?

“interne Struktur des Operationsverstärkers ”

Die Flimmerrauschmessung in Strom oder Spannung kann ähnlich wie andere Arten der Rauschmessung durchgeführt werden. Das Sampling-Spektrumanalysator-Instrument entnimmt dem Rauschen eine endliche Zeitprobe und berechnet die Fourier-Transformation durch den FFT-Algorithmus. Diese Instrumente arbeiten nicht bei niedrigen Frequenzen, um dieses Rauschen vollständig zu messen. Sampling-Instrumente sind also breitbandig und haben ein hohes Rauschen. Diese können das Rauschen verringern, indem mehrere Abtastspuren verwendet und gemittelt werden. Spektrumanalysatoren herkömmlicher Art haben aufgrund ihrer schmalbandigen Erfassung immer noch ein überlegenes SNR.

Das ist also eine Übersicht über Flickergeräusche – Arbeiten mit Anwendungen. Die Eigenschaften von Flimmerrauschen sind: Dieses Rauschen nimmt zu, wenn die Frequenz abnimmt, dieses Rauschen ist mit einem Gleichstrom in elektronischen Geräten verbunden und enthält in jeder Oktave den gleichen Leistungsinhalt. Hier ist eine Frage an Sie, was ist weißes Rauschen?