9zip.ru Инструкции Шумы в прецизионных резисторах

Шумы презиционных резисторов и потенциометров могут явиться причиной ухудшения чувствительности различных радиоэлектронных и электромеханических устройств (малошумящих радиоприемных устройств, параметрических усилителей, усилителей на полевых транзисторах) и их разрешающей способности (следящие системы с потенциометрами).

Уровень шумов резисторов, равный отношению электродвижущей силы (э. д. с.) шумов к приложенному напряжению, складывается из тепловых шумов, токовых шумов и шумов, вызванных макродефектами.

Возникновение тепловых шумов связано с флуктуациями концентраций носителей тока в РЭ, обусловленных их хаотическим тепловым движением. Электродвижущая сила тепловых шумов не зависит от материала РЭ и приложенного напряжения. Частотный спектр тепловых шумов равномерен вплоть до сверхвысоких частот.

Кроме тепловых шумов, в РЭ с гранулярной структурой при включении его в электрическую цепь возникают так называемые токовые шумы, связанные с флуктуациями значений контактных сопротивлений между отдельными частицами в материале РЭ. Э.Д.С. токовых шумов пропорциональна приложенному напряжению, отношению диаметра проводящих частиц к длине проводящих цепочек. Спектр токовых шумов зависит от частоты и имеет тенденцию уменьшаться при увеличении частоты. В полупроводниковых материалах возникновение токовых шумов может быть связано с процессами генерации и рекомбинации носителей заряда. Токовые шумы зависят от материала и конструкции резистора и могут значительно превышать тепловые шумы.

В керметных тонкослойных резисторах уровень токовых шумов невелик и не превышает 5 мкВ/В благодаря малым размерам частиц проводящей и непроводящей фаз и небольшому содержанию последней (менее 50%). Эффективные напряженности поля в таких РЭ не превышают 30—50 В/см. В композиционных РЭ используются более грубодисперсные проводящие компоненты и большие концентрации непроводящей связки (95% и более). Эффективная напряженность поля в них достигает 500 В/см, что в свою очередь приводит к значительному увеличению э. д. с. токовых шумов.

Уровень токовых шумов металлизированных и углеродистых резисторов увеличивается в 2 раза, а композиционных в 5 раз при увеличении температуры окружающей среды от 240 до 400 К. Указанное явление обусловлено температурной зависимостью сопротивлений контактов между частицами проводящего материала.

Практически любые дефекты РЭ приводят к увеличению локальной напряженности поля вблизи него и как следствие к увеличению э. д. с. шумов дефектного участка.

Ввиду того, что при определении уровня шумов всего резистора производится суммирование квадратов э. д. с. шумов отдельных элементов, то э. д. с. шумов дефектных участков является определяющей. Сказанное относится и к юстировочным прорезям, приводящим к искажению картины поля РЭ и к некачественным контактным узлам, являющимся концентраторами напряженности поля.

Для потенциометров дополнительным источником шумов является подвижный контактный узел.

В случае ненулевого тока, протекающего через подвижный контактный узел, происходит стягивание линий тока к поверхности контакта РЭ и подвижного контактного узла, что в свою очередь обусловливает возникновение переходного сопротивления. В зависимости от сопротивления нагрузки потенциометр может работать в потенциометрическом и реостатном режимах. В потенциометрическом режиме при сопротивлении нагрузки, стремящемся к бесконечности, влиянием переходного сопротивления на работу потенциометра можно пренебречь. Однако вследствие того, что подвижный контактный узел замыкает участок РЭ, флуктуации числа контактирующих поверхностей и их площадей могут служить дополнительным источником шума.

В реостатном режиме при конечном сопротивлении нагрузки вариации переходного сопротивления вызывают значительное увеличение уровня шумов по сравнению с потенциометрическим режимом.

Специфическими шумами, присущими только потенциометрам, являются шумы перемещения, возникающие при движении подвижного контакта (ПК.) по РЭ и превышающие в десятки раз тепловые и токовые шумы. В зависимости от схемы включения резистора, а также условий работы шумы перемещения можно подразделить следующим образом:

собственные шумы, возникающие между средним и одним из крайних выводов, когда к РЭ не приложено напряжение;

шумы короткого замыкания, обусловленные тем, что подвижный контакт при своем движении неравномерно шунтирует участки РЭ;

шумы потенциометрического режима, обусловленные как шунтированием РЭ, так и тем, что места контактирования ПК и РЭ распределяются по его поверхности случайно, что вызывает флуктуации выходного напряжения;

контактные шумы, вызванные флуктуациями переходного сопротивления между ПК и РЭ при протекании тока и флуктуациями расположения контактных пятен и их размеров;

шумы реостатного режима, обусловленные в основном контактными шумами, а также вариациями сопротивления части РЭ, по которой протекает ток, вследствие миграции точек контактирования по поверхности подвижного контакта при его движении по РЭ;

анормальные шумы перемещения, вызванные макроскопическими проводящими и изолирующими включениями в РЭ.

Для исследования шумов перемещения использовался прибор, состоящий из привода с регулируемой скоростью перемещения контактного узла, усилителя с высоким входным сопротивлением, набора полосовых фильтров, усилителя, регистрирующих приборов.

Сменные полосовые фильтры использовались для проведения измерений в режиме, специфицированном ГОСТ 11199-65, а также для оценки спектральной плотности шумов перемещения и отфильтровывания гармонических составляющих, связанных с изменением напряжения на резисторе. Для регистрации шумов при скоростях перемещения подвижного контакта от 0,005 до 0,05 см/с использовался потенциометр КСП-4, при более высоких скоростях — осциллограф. Полученные записи шумового напряжения квантовались по времени и по напряжению и обрабатывались на ЭВМ.

Таким образом были получены средние и среднеквадратические значения шумового напряжения, а также его автокорреляционные функции. Кроме того, при скоростях, больших 0,05 см/с, среднеквадратичное и пиковое значение шума измерялось с помощью среднеквадратичного и пикового детекторов и стрелочных индикаторов. Исследования проводились на потенциометрах с тонкослойными РЭ композиционного типа. Среди шумов перемещения минимальным оказался собственный шум. Более высокий уровень шумов для ПК из нейзильбера по сравнению с композиционным можно объяснить тем, что собственные шумы связаны с термо-э.д.с., возникающей из-за фрикционного нагрева контактных пятен при движении ПК по РЭ.

При измерении шумов перемещения для получения сопоставимых значений для различных потенциометров делалось следующее: для шумов короткого замыкания и потенциометрического режима значение шумового напряжения относилось к приложенному напряжению, а для контактных шумов и шумов реостатного режима шумовое напряжение делилось на произведение тока через ПК на Rном. Воспроизводимость результатов измерений среднеквадратичных значений шумового сигнала была не хуже 10%.

Понравилась статья? Иосиф Виссарионович говорит: поделись с друзьями!