Дробовой шум

Физика внутренних неравновесных электрических шумов

В электронной лампе акты вылета электронов с катода или попадания их на анод образуют последовательность независимых событий, происходящих в случайные моменты времени. Поэтому ток I (t), протекающий через нее, флуктуирует. То же самое происходит в транзисторе или полупроводниковом диоде, так как пролет носителей через потенциальные барьеры осуществляется независимо в случайные моменты времени. Это явление и называют дробовым шумом. Таким образом, специфическая особенность дробового шума – физическое разделение двух областей: области, где случайно рождаются носители тока (катод, эмиттер или база), и области, где они взаимодействуют с внешним электрическим полем.

Этот вид шумов вызван дискретной природой носителей заряда. Точно так же, если по проводнику течет постоянный ток, то среднее число носителей заряда, протекающее по нему в единицу времени, постоянно. В то же время в каждый момент времени число носителей заряда статистически изменяется. Это вызывает флуктуации тока. Такое явление называют дробовым эффектом по аналогии с ударами дроби, падающей на металлическую пластину.

Теоретический анализ дробового шума был проведен У.Шотки в 1918 г. Он показал, что если спектральная плотность квадрата этого тока равна , то для интервала частот от f до f + D f эффективный шумовой ток определится формулой, где I ₀ – среднее значение тока (сравните этот случай со случаем шумового фототока, рассмотренного выше).

При низких частотах спектральная плотность тока постоянна »const и эффективный шумовой ток не зависит от частоты (является белым шумом). Эффективный шумовой ток пропорционален величине среднего тока и не зависит от температуры окружающей среды.