Модель шума для стабилитронов

Во-первых, вот шумовая модель диода для PN-перехода от sourceforge . Она состоит из емкости диода$c_d$, проводимость (или сопротивление$g_d = \frac{1}{r_d}$) и источник шумового тока$i_d$.

Сопротивление является стандартным источником теплового шума:

$S_{r_d} = 4 k T r_d$

k — постоянная Больцмана
, T — абсолютная температура
,$r_d$это сопротивление устройства

Текущий источник шума имеет дробовой шум и мерцающий шум:

$S_{i_d} = 2qI_d\Delta f + \frac{\alpha_H I_d}{f^{\gamma}N}$

Первый член для дробового шума, он зависит от заряда электрона$q$что равно$1.60217662 × 10^{-19}$кулоны и$I_d$равен току через диод.

Второй термин относится к шуму мерцания (1/f), и я не буду касаться деталей, потому что эти параметры вряд ли можно найти в таблице данных, но они более сложны, поскольку$\alpha_H$зависит от полупроводникового перехода и имеет значение от$5 × 10^{-6}$к$2 × 10^{-3}$и$\gamma$и$\alpha$являются материальными константами, но вам придется моделировать их на основе экспериментальных данных для этого устройства. Однако, если вы используете устройство со связью по переменному току (и игнорируете постоянный ток), вам не придется беспокоиться о низкочастотном шуме 1/f.

Источник шума$S_{i_d}$также коррелирует, и я не буду здесь вдаваться в подробности, но ссылка на sourceforge содержит математику

Идеальный диод (pn-диод или диод Шоттки) генерирует дробовой шум. Оба вида тока (полевой и диффузионный) вносят в него свой вклад независимо. То есть, даже если два тока текут в разных направлениях («минус» в уравнении постоянного тока), они должны быть добавлены в уравнение шума (ток пропорционален спектральной плотности мощности шума). С учетом динамической проводимости$g_d$параллельно источнику шумового тока корреляционная матрица шумовой волны записывается следующим образом.

(В ссылке sourceforge есть объяснение этого, но также есть и Основы промышленной электроники 11.2.2 (дробовой шум) и 11.2.4 (мерцающий шум) . Вот еще одна ссылка на Основы промышленной электроники )

Источник: PN Junction диод sourceforge

Если вы хотите увидеть, как выглядит шум, вот отличный рисунок от EDN. Это от стабилитрона на 12 В, и шум был увеличен в 10 раз. Обратите внимание, что они обрезают частоту графика на 1 Гц, если бы мы увидели ниже этого значения, шум 1/f начал бы доминировать. Существует также срез высоких частот выше 100 кГц, который не виден из-за емкости схемы.

Рис. 2. Спектральная плотность мощности выходного шума очень плоская в диапазоне от 1 Гц до 100 кГц. Для сравнения также показан шум регулятора LM317, так как этот регулятор обычно считается очень шумным.

Теперь к вашим вопросам.

Как ток покоя влияет на плотность шума?

и

Насколько изменится плотность шума со временем и температурой при заданном токе покоя? Скорее всего, это определит, нужно ли мне включать АРУ в мой проект.

Ток покоя влияет как на дробовой шум, так и на мерцающий шум через значение$I_d$хотя, вероятно, было бы проще суммировать полные токи через устройство в$I_d$а затем смоделируйте шум выстрела и мерцания.

Проблема заключается в том, что моделирование стабилитрона потребует от вас измерения параметров шума, поскольку они не измеряются производителями (даже кривые шума не представлены в большинстве спецификаций). Поскольку вам необходимо провести измерения, проще всего построить схему со всеми этими идеями и измерить шум в конце дня.

Как минимум можно моделировать дробовой и тепловой шумы, а от 1 или 10Гц до$c_d$отсечка шума должна быть белой.

Какая конфигурация максимизирует лавинный шум, создаваемый стабилитроном?

Работа в лавинном режиме или в части кривой с обратным напряжением диода максимизирует лавинный шум. Однако значительное изменение текущего$I_d$произведет только небольшое изменение напряжения, потому что он работает на самой крутой части кривой.

Источник: Учебник по стабилитрону

Будет ли использование токового зеркала вместо резистора для смещения стабилитрона увеличивать или уменьшать плотность шума?

Я бы сказал, что это увеличило бы текущую плотность шума. Поскольку резистора обычно достаточно для регулирования напряжения, с помощью резистора обычно ток подается на стабилитрон, в конце концов, добавление токового зеркала добавит шум 1/f, которого нет у резистора, поэтому, вероятно, это не принесет пользы. добавить текущее зеркало против резистора.

Комбинация стабилитрон/резистор обычно является источником для большинства регуляторов напряжения. Хитрость заключается в том, чтобы поддерживать ток в резисторе (и измерять напряжение с помощью операционного усилителя) как можно более постоянным.

Будет ли усилитель напряжения или крутизны более эффективным для усиления лавинного шума?

Усилитель напряжения - это то, как это обычно делается. Усилители Transconducance менее доступны, имеют более низкий импеданс и больше шума (из того, что я видел в доступных ИС), все из которых являются нежелательными характеристиками.