Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

 "УТВЕРЖДАЮ"
декан Радиофизического фак-та
_______________ Гурбатов С.Н.

 УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
специального курса (по выбору)
"ФИЗИКА ШУМОВ"
для направления подготовки 511500 - Радиофизика
Н.Новгород - 2001

1. Организационно-методический раздел

    Программа предназначена для подготовки специалистов радиофизиков. Курс читается в 8 семестре. Он базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах теории вероятности, статистический радиофизики, электроники, радиотехники.
    Цель курса - ознакомление с физическими механизмами шумообразования и методами учета и описания шумов и флуктуаций параметров в радиоэлектронных приборах (в основном, твердотельных).
    Законы, методы и модели, излагаемые в лекционном курсе, должны использоваться студентами для расчета шумов и флуктуаций в различных радиоэлектронных системах. Одной из важных целей лекционного курса и предлагаемых зачетных задач является обучение слушателей современным методам расчета шумов и флуктуаций в указанных системах, независимо от принципа их работы.

В процессе изучения курса студенты должны:

2. Содержание курса

Введение. Основные определения. Связь физического и математического спектров. Мощность шума в полосе частот. Размерности спектров.

1. Физика шумов и флуктуаций параметров

1.1. Тепловой шум. Формула Найквиста. Шум комплексного двухполюсника, физическая трактовка. Примеры разных двухполюсников. Токовый шум.
1.2. Дробовой шум. Условие существования. Формула Шоттки. Эффект депрессии. Верхняя частота среза. Флуктуационное уравнение для нестационарного дробового шума. Примеры: мощность дробового шума на резисторе нагрузки; дробовой шум слабо модулированного тока.
1.3. Шум лавинообразования. Природа. Флуктуационное уравнение для нестационарного шума. Формула А.С.Тагера; вид спектра стационарного шума.
1.4. Генерационно-рекомбинационный шум. Природа. Мультипликативный характер. Уравнение Ланжевена. Спектр, его зависимость от величины времени релаксации.
1.5. Взрывной шум. Механизм возникновения. Двухрезисторная модель. Вид спектра. Аналогии и различия с ГР-шумом.
1.6. Фликкерный шум. Общие сведения. Вид спектра; характерные частоты. Мультипликативнось шума. Структурные функции фликкерного случайного процесса. Формула Хоухе - Клайнпеннина - Фандамме.
1.7. Основные модели фликкерного шума: Дю Пре - Ван дер Зила, Мак Уортера - Ван дер Зила. Фликкерные импульсные последовательности. Модель с двухуровневыми системами. Шум и деградация элементов радиоэлектронной аппаратуры.
1.8. Методы эквивалентного представления шумов. Коэффициент шума двухполюсника. Эквивалентные шумовые сопротивление и проводимость. Эквивалентные шумовые: ток (насыщенного диода); температура. Эквивалентные генераторы для учета флуктуаций параметров. Взаимосвязь разных методов представления шумов.

2. Шумы и флуктуации параметров элементов РЭА

2.1. Резисторы. Описание тепловых шумов. Фликкерные флуктуации в металло-керамических резисторах и тонких металлических пленках.
2.2. Электровакуумные лампы. Естественные шумы; эквивалентное шумовое сопротивление. Флуктуации крутизны.
2.3. Флуктуации емкости конденсаторов. Методы измерения. Экспериментальные данные.
2.4. Флуктуации эдс источников питания. Экспериментальные данные.
2.5. Полупроводниковые диоды.
2.5.1. Физические основы работы.
2.5.2. Естественные шумы; эквивалентная схема; шумы в разных режимах работы.
2.5.3. Флуктуации параметров: диффузионное сопротивление перехода (эффект насыщения шумов); рекомбинационное сопротивление; сопротивление утечки (эффект максимизации шумов); сопротивление базы и контактов; совместный анализ источников (эффект минимизации шумов).
2.6. Биполярные транзисторы.
2.6.1. Принцип работы; уравнения Эберса - Молла.
2.6.2. Источники естественных шумов: дробовой шум эмиттерного тока, тепловой шум объемного сопротивления базы, дробовой шум обратного тока коллектора; эквивалентная схема; сравнение источников.
2.6.3. Флуктуации параметров: эквивалентная схема; шумы в схеме Фонгера и в усилительном режиме.

3. Распределение часов курса по темам и видам работ

N
п/п

Наименование
тем и разделов

Всего
часов

Аудиторные занятия

Самостоятельная
работа

Лекции

Практические занятия
 

Введение, 1.1

3

2

  

1
 

1.2

3

2

  

1
 

1.3

3

2

  

1
 

1.4-1.5

3

2

  

1
 

1.6

3

2

  

1
 

1.7

6

4

  

2
 

1.8

6

4

  

2
 

2.1

3

2

  

1
 

2.2-2.4

5

3

  

2
 

2.5

7

5

  

2
 

2.6

9

6

  

3
 

ИТОГО:

        

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля

Текущий контроль: открытое обсуждение методов решения задач, сформулированных на предыдущих лекциях.

Итоговый контроль: открытый зачет, каждый слушатель выступает перед всей аудиторией с изложением решения ранее полученных задач.

5. Учебно-методическое обеспечение курса

5.1. Рекомендуемая литература (основная)

  1. Малахов А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М. Наука, 1968, 660 с.
  2. Ван дер Зил А. Шум (источники, описание, измерение). М.: Сов. радио, 1973, 228 с.
  3. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. М.: Мир, 1986, 264 с.

5.2. Рекомендуемая литература (дополнительная)

  1. Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых устройствах. М. Сов. радио, 1977, 416 с.
  2. Тагер А.С., Вальд-Перлов В.М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М.: Сов. радио, 1968, 480 с.
  3. Стратонович Р.Л. Избранные вопросы теории флуктуаций в радиотехнике. М.: Сов. радио, 1961, 558 с.
  4. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга первая. М.: Сов. радио, 1969, 752 с.
  5. Зеегер К. Физика полупроводников. М.: Мир, 1977, 616 с..
  6. Шумы в электронных приборах /Пер. с англ. М.-Л.: Энергия, 1964, 484 с.
  7. Коган Ш.М. Низкочастотный токовый шум со спектром типа 1/f в твердых телах /Успехи физических наук. 1985. Т.145,N 2. С.285-328.

ОБЗОР РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПО ТЕМАМ КУРСА

Тема 1. Физика шумов и флуктуаций параметров

Основные вопросы темы изложены в [1-3], а также:

Тема 2. Шумы и флуктуации параметров элементов РЭА

Основные вопросы темы изложены в [1-3], а также:

Составитель программы:
профессор А.В.Якимов