Шумы резисторов
У Hans Rosenberg вышло еще одно видео про резисторы. На этот раз, про их шум.
В целом, у резисторов можно выделить два основных вида шума:
1. Тепловой шум (шум Джонсона–Найквиста)
2. Фликкер-шум (1/f шум).
Тепловой шум
Тепловой шум возникает из-за хаотического теплового движения электронов внутри любого резистора. Он зависит только от сопротивления и температуры. Чем они выше - тем выше шум.
Этот шум не меняется с частотой и имеет равномерное распределение (т.е. является белым шумом).
По сути - это аддитивная составляющая.
И что самое приятное, этот вид шума не зависит от технологии изготовления резистора.
Фликкер-шум
А вот Фликкер-шум - это совсем другая история.
Он зависит от частоты, причем обратно пропорционально: чем ниже частота, тем выше уровень шума.
И что самое неприятное - этот вид шума зависит от технологии изготовления резистора.
В хорошем резистор очень простой путь протекания тока. В плохом - ток должен пройти по более сложной и неоднородной структуре, причём микроскопические параметры проводящих каналов могут со временем изменяться. Эти флуктуации и создают дополнительный шум.
Самая большая проблема - внешне эти резисторы могут выглядеть совершенно одинаково!
Расчет Фликкер-шума
Формула расчета более сложная, но основные ее компоненты это:
Noise Index самый интересный параметр этой формулы, потому что он зависит не только от технологии изготовления резистора, но может отличаться от производителя к производителю.
На графике ниже можно наглядно увидеть, как разница в NI влияет на общий уровень шума резистора.
Где искать значение NI?
Значение NI иногда можно встретить в даташите (Current Noise in µV/V вставляется вместо 10^(NI/20)), но чаще всего его нужно искать где-то еще. Например, в документах, как описание технологии резистора или вроде того.
Общий уровень шума
В конечном итоге, на низких частотах основной вклад в шумы вносит Фликкер-шум, а на высоких - только тепловой. Это хорошо показано на графике ниже.
Посчитать их суммарное влияние можно через стандартную формулу сложения шумов (корень из суммы квадратов).
Так какие резисторы шумят мало?
Hans Rosenberg сделал несколько собственных измерений и получил следующие результаты:
Самыми худшими, как ожидалось, являются наиболее распространенные Thick film резисторы. Thin film и MELF резисторы на 20дБ лучше.
Так же плохими резисторами считаются:
- Thin film
- Metal film
- Wirewound (но нужно иметь ввиду их паразитную индуктивность)
- Bulk metal foil (очень дорогие)
Для тех, кто хочет закопаться в эту тему глубже, есть статья, где сравниваются разные серии резисторов от разных производителей.
P.S. Забавное наблюдение: чем больше размер резистора, тем меньше его шум.