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

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

 УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса
"ФИЗИКА ШУМОВ И ФЛУКТУАЦИЙ"
для направления подготовки 511500 - Радиофизика
магистерская программа (специализация)
511502 "Статистическая радиофизика".
Н.Новгород - 2001

1. Организационно-методический раздел

    Программа предназначена для подготовки магистров радиофизики. Курс читается в 10 семестре. Он базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах теории вероятности, статистический радиофизики, электроники, радиотехники, термодинамики и статистической физики, квантовой (радио)физики.
    Цель курса - изучение физических процессов возникновения электрических шумов и флуктуаций параметров в радиоэлектронных приборах; углубленный анализ математического аппарата для исследования спектральных и корреляционных характеристик случайных процессов.
    Законы, методы и модели, излагаемые в лекционном курсе, должны использоваться студентами для анализа шумовых и флуктуационных явлений в различных радиофизических системах. Одной из важных целей лекционного курса и предлагаемых зачетных задач является обучение слушателей современным подходам физики шумов и флуктуаций к исследованию произвольных радиофизических объектов.

В процессе изучения курса студенты должны:

2. Содержание курса

Введение. Терминология. Физический и математический спектры. Мощность шума в полосе частот. Размерности спектров.

  1. Тепловой шум. Формула Найквиста; флуктуационно-диссипационная теорема, классический подход. Шум комплексного двухполюсника, физическая трактовка. Эквивалентные схемы с генераторами тока и напряжения. Парадоксы теплового шума.
  2. Дробовой шум. Условие существования; дробовой шум в проводниках. Вывод формулы Шоттки. Эффект депрессии. Верхняя частота среза. Флуктуационное уравнение для нестационарного дробового шума, вывод. Мощность шума на резисторе нагрузки; шум слабо модулированного тока. Периодическая нестационарность шума.
  3. Генерационно-рекомбинационный шум. Природа. Мультипликативный характер. Уравнение Ланжевена (вывод и анализ). Спектр шума и его зависимость от величины времени релаксации.
  4. Шум лавинообразования. Элементы теории ударной ионизации и лавинного размножения носителей тока в полупроводниках. Вывод уравнения Ланжевена для нестационарного шума методом уравнения Эйнштейна - Фоккера - Планка. Формула А.С.Тагера для спектра стационарного шума.
  5. Спектр случайного телеграфного процесса как точечной пуассоновской последовательности.
  6. Взрывной шум. Механизм возникновения. Двухрезисторная модель. Спектр шума. Аналогии и различия с ГР-шумом.
  7. Фликкерный шум. Вид спектра; характерные частоты. Мультипликативность. Спектрально-корреляционный анализ. Нестационарность дисперсии. Формула Хоухе - Клайнпеннина - Фандамме.
  8. Модели фликкерного шума. Модели Дю Пре - Ван дер Зила, Мак Уортера - Ван дер Зила. Фликкерные импульсные последовательности. Модель с двухуровневыми системами. Фликкерный шум и деградация элементов радиоэлектронной аппаратуры.
  9. Флуктуации сопротивления металлических пленок. Кристаллитная структура пленок, поры, вакансии, примеси. Природа флуктуаций сопротивления; экспериментальные данные и их анализ. Пространственная корреляция - эффект тепловой обратной связи.
  10. Флуктуации подвижности и числа носителей тока в полупроводниках. Электрофизические свойства примесей и дефектов. Формула Маттиссена. Модель d m +d n фликкерного шума; анизотропия шума (на примере диска Корбино).
  11. Флуктуации параметров диэлектрических материалов. Структура диэлектриков, флуктуации диэлектрической проницаемости.
  12. Шумы в магнитных материалах. Магнитные домены. Шум Баркгаузена. Тонкие пленки: анизотропия магнитных свойств; фликкерный шум (природа, депрессия).
  13. Методы эквивалентного представления шумов. Коэффициент шума двухполюсника. Эквивалентные шумовые сопротивление и проводимость. Эквивалентные шумовые: ток (насыщенного диода); температура. Эквивалентные генераторы для учета электрических шумов и флуктуаций параметров.

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

7

4

  

3
 

2

6

4

  

2
 

3

3

2

  

1
 

4

5

3

  

2
 

5

3

2

  

1
 

6

3

2

  

1
 

7

3

2

  

1
 

8

7

3

  

4
 

9

4

3

  

1
 

10

5

3

  

2
 

11

3

2

  

1
 

12

3

2

  

1
 

13

5

2

  

3
 

ИТОГО:

        

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля

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

Итоговый контроль: открытый экзамен (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. Колачевский Н.Н. Магнитные шумы. М.: Наука, 1971, 136 с.
  4. 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,? 2. С.285-328.
  8. Orlov V.B., Yakimov A.V. The Further Interpretation of Hooge's 1/f Noise Formula /Physica. 1990. V.162B. P.13-20.

ОБЗОР РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПО ТЕМАМ КУРСА

Основные вопросы темы изложены в [1-4], а также:

Составитель программы:
профессор А.В.Якимов