ضوضاء وميض

الضوضاء الوميضية نوع من الضوضاء الإلكترونية ذات كثافة طيفية 1/ f . ولذلك، يُشار إليها غالبًا بضوضاء 1/ f أو الضوضاء الوردية ، مع أن لهذه المصطلحات تعريفات أوسع. وهي موجودة في جميع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا ، ويمكن أن تظهر مع مجموعة متنوعة من التأثيرات الأخرى، مثل الشوائب في القناة الموصلة ، وضوضاء التوليد وإعادة التركيب في الترانزستور نتيجة لتيار القاعدة، وما إلى ذلك.

عادةً ما يرتبط ضجيج 1/ f في التيار أو الجهد بتيار مستمر ، حيث تتحول تقلبات المقاومة إلى تقلبات في الجهد أو التيار وفقًا لقانون أوم . كما يوجد مُكوّن 1/ f في المقاومات التي لا يمر بها تيار مستمر، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تقلبات درجة الحرارة التي تُعدّل المقاومة. هذا التأثير غير موجود في المنجانين ، نظرًا لأن معامل درجة حرارة مقاومته ضئيل للغاية . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

في الأجهزة الإلكترونية، يظهر هذا كظاهرة منخفضة التردد، حيث تُطغى الضوضاء البيضاء من مصادر أخرى على الترددات الأعلى. أما في المذبذبات ، فيمكن خلط الضوضاء منخفضة التردد حتى ترددات قريبة من تردد الموجة الحاملة ، مما ينتج عنه ضوضاء طور المذبذب .

تُحدد مساهمة الضوضاء الوميضية في إجمالي الضوضاء بتردد القطع f _{_c} الواقع بين منطقة الترددات المنخفضة التي تهيمن عليها ضوضاء الوميض ومنطقة الترددات العالية التي يهيمن عليها طيف الضوضاء البيضاء المسطح. تتميز ترانزستورات MOSFET بتردد قطع f_{_c} عالٍ (قد يصل إلى نطاق الجيجاهرتز). أما ترانزستورات JFET و BJT فتتميز بتردد قطع f_{_c} أقل يبلغ حوالي 1 كيلوهرتز ، ^{[ 3 ]} ولكن عادةً ما تُظهر ترانزستورات JFET ضوضاء وميض أكثر عند الترددات المنخفضة مقارنةً بترانزستورات BJT، وقد يصل تردد القطع f_{_c} فيها إلى عدة كيلوهرتز في ترانزستورات JFET غير المصممة خصيصًا لضوضاء الوميض. ^{[ 4 ]}

عادةً ما يكون توزيعها غاوسيًا وهي قابلة للانعكاس الزمني . ^{[ 5 ]} يتم توليدها بواسطة آلية خطية في المقاومات وترانزستورات FET ، ولكن بواسطة آلية غير خطية في ترانزستورات BJT والثنائيات . ^{[ 5 ]}

غالبًا ما يتم نمذجة الكثافة الطيفية لجهد ضوضاء الوميض في ترانزستورات MOSFET كدالة للتردد f على النحو التالي:${\displaystyle {\tfrac {K}{C_{\text{ox}}\cdot WLf}}}$، حيث K هو الثابت الذي يعتمد على العملية،${\displaystyle C_{\text{ox}}}$تمثل γ سعة الأكسيد ، بينما يمثل W و L عرض وطول القناة على التوالي. ^{[ 6 ]} هذا نموذج تجريبي، ويُعتقد عمومًا أنه تبسيط مفرط. ^{[ 7 ]}

يُلاحظ تشويش الوميض في المقاومات الكربونية والمقاومات ذات الأغشية السميكة ، ^{[ 8 ]} حيث يُشار إليه بالتشويش الزائد ، لأنه يزيد مستوى التشويش الكلي فوق مستوى التشويش الحراري الموجود في جميع المقاومات. في المقابل، تتميز المقاومات السلكية بأقل قدر من تشويش الوميض. ولأن تشويش الوميض مرتبط بمستوى التيار المستمر ، فإذا كان التيار منخفضًا، فسيكون التشويش الحراري هو التأثير السائد في المقاومة، وقد لا يؤثر نوع المقاومة المستخدمة على مستويات التشويش، وذلك بحسب نطاق التردد.

يُقاس طيف ضوضاء 1/ f في الجهد أو التيار بنفس طريقة قياس أنواع الضوضاء الأخرى. ^{[ 9 ]} تقوم محللات طيف أخذ العينات بأخذ عينة زمنية محدودة من الضوضاء وحساب تحويل فورييه باستخدام خوارزمية FFT . بعد ذلك، وبعد حساب القيمة المطلقة التربيعية لطيف فورييه، يتم حساب متوسطه بتكرار عملية أخذ العينات هذه عددًا كافيًا من المرات. يتناسب النمط الناتج مع طيف كثافة القدرة للضوضاء المقاسة. ثم يُقسّم على مدة العينة الزمنية المحدودة، وكذلك على ثابت عددي من رتبة 1 للحصول على قيمته الدقيقة. تُعطي هذه العملية بيانات طيفية صحيحة فقط ضمن نطاق التردد المحدد بمقلوب مدة العينة الزمنية المحدودة (نهاية التردد المنخفض) ومعدل أخذ العينات الرقمي للضوضاء (نهاية التردد العالي). وبالتالي، عادةً ما يتم استبعاد النصفين العلوي والسفلي من طيف كثافة القدرة المُستخلص من الطيف. تتميز أجهزة تحليل الطيف التقليدية، التي تمسح نطاقًا ضيقًا مُرشَّحًا من الإشارة، بنسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة، نظرًا لكونها أجهزة ذات نطاق ضيق. لكن هذه الأجهزة لا تعمل بترددات منخفضة بما يكفي لقياس ضوضاء الوميض بدقة. أما أجهزة أخذ العينات فهي ذات نطاق عريض، وبالتالي ذات ضوضاء عالية. وتعمل هذه الأجهزة على تقليل الضوضاء من خلال أخذ عينات متعددة وحساب متوسطها. ومع ذلك، لا تزال أجهزة تحليل الطيف التقليدية تتمتع بنسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل بفضل قدرتها على جمع البيانات في نطاق ضيق.

في قياسات التيار المستمر، قد يكون ضجيج 1/ f إشكاليًا بشكل خاص، إذ يكون كبيرًا جدًا عند الترددات المنخفضة، ويقترب من اللانهاية عند التكامل/المتوسط ​​في التيار المستمر. عند الترددات المنخفضة جدًا، يمكن اعتبار الضجيج بمثابة انحراف، على الرغم من أن الآليات المسببة للانحراف عادةً ما تختلف عن ضجيج الوميض.

تتضمن إحدى التقنيات الفعّالة نقل الإشارة المراد قياسها إلى تردد أعلى، واستخدام كاشف حساس للطور لقياسها. على سبيل المثال، يمكن تقطيع الإشارة المراد قياسها بتردد معين. الآن، تحمل سلسلة الإشارة إشارة تيار متردد (AC) بدلاً من إشارة تيار مستمر (DC). تعمل مراحل اقتران التيار المتردد على ترشيح مُكوّن التيار المستمر، مما يُخفف أيضًا من ضوضاء الوميض. يقوم كاشف متزامن بأخذ عينات من قمم إشارة التيار المتردد، والتي تُعادل قيمة التيار المستمر الأصلية. بعبارة أخرى، يتم أولاً تحويل الإشارة منخفضة التردد إلى تردد عالٍ بضربها بتردد حامل عالٍ، ثم تُمرر إلى الجهاز المتأثر بضوضاء الوميض. يُضرب خرج الجهاز مرة أخرى بنفس التردد الحامل، فتعود إشارة المعلومات السابقة إلى نطاق التردد الأساسي، بينما يتم تحويل ضوضاء الوميض إلى تردد أعلى، مما يُسهل ترشيحها.

• ألديرت فان دير زيل
• ألوان الضوضاء
• مقاومة التلامس
• الضوضاء (الفيزياء)
• ضوضاء إلكترونية
• توزيع تويدي
• المروحية (الإلكترونيات)

• جونسون، جيه بي (1925). "تأثير شوتكي في الدوائر منخفضة التردد". مجلة Physical Review . 26 (1): 71-85 . Bibcode : 1925PhRv...26...71J . doi : 10.1103/PhysRev.26.71 .
• شوتكي، دبليو (1918). "Über spontane Stromschwankungen in verschiedenen Elektrizitätsleittern" . أنالين دير فيزيك . 362 (23): 541– 567. بيب كود : 1918AnP...362..541S . دوى : 10.1002/andp.19183622304 .
• شوتكي، دبليو (1922). "Zur Berechnung und Beurteilung des Schroteffektes" . أنالين دير فيزيك . 373 (10): 157– 176. بيب كود : 1922AnP...373..157S . دوى : 10.1002/andp.19223731007 .

• تعريف "ضوضاء الوميض" في مرجع AES Pro Audio
• شرحٌ عن الضوضاء ( مؤرشف بتاريخ ٢٣ يوليو ٢٠٠٨ على موقع Wayback Machine)