Флуктуації електричні

Флуктуації електричні, хаотичні зміни потенціалів, струмів і зарядів в електричних ланцюгах і лініях зв'язку. Ф. е. викликаються тепловим рухом носіїв заряду і ін. фізичними процесами в речовині, обумовленими дискретною природою електрики (природні Ф. е.), а також випадковими змінами і нестабільністю характеристик ланцюгів (технічні Ф. е.). Ф. е. виникають в пасивних елементах ланцюгів (металевих і неметалічних провідниках), в активних елементах (електронних, іонних і напівпровідникових приладах), а також в атмосфері, в якій відбувається поширення радіохвиль .

  Теплові Ф. е. (тепловий шум) обумовлені тепловим рухом носіїв заряду в провіднику, внаслідок чого на кінцях провідника виникає флуктуїрующая різниця потенціалів. В металах із-за великої концентрації електронів провідності і малої довжини вільного пробігу теплові швидкості електронів у багато разів перевершують швидкість направленого руху в електричному полі (дрейфу). Тому Ф. е. у металах залежать від температури, але не залежать від прикладеної напруги ( Найквіста формула ) . При кімнатній температурі інтенсивність теплових Ф. е. залишається постійною до частот ~ 10 ¹² гц. Хоча теплові Ф. е. виникають лише в активних опорах, наявність реактивних елементів (ємкостей і індуктівностей) може змінити частотний спектр Ф. е. У неметалічних провідниках Ф. е. на низьких частотах на декілька порядків перевищують теплові Ф. е. Ці надлишкові шуми пояснюються повільною випадковою перебудовою структури провідника під дією струму.

  Ф. е. у електровакуумних і іонних приладах пов'язані головним чином з випадковим характером електронній емісії з катода ( шум дробу ) . Інтенсивність дробів Ф. е. практично постійна для частот (10 ⁸ гц і залежить від присутності залишкових іонів і величини об'ємного заряду (див. Ефект дробу ) . Додаткові джерела Ф. е. у цих приладах – вторинна електронна емісія з анода і сіток електронних ламп, дінодов фотоелектронних помножувачів і т.п., а також випадковий перерозподіл струму між електродами. У електровакуумних і іонних приладах спостерігаються також повільні Ф. е., пов'язані з різними процесами на катоді (див. Фліккер-ефект ) . В газорозрядних приладах низького тиску Ф. е. виникають із-за теплового руху електронів.

  В напівпровідникових приладах Ф. е. обумовлені випадковим характером процесів генерації і рекомбінації електронів і дірок (генераційно-рекомбінаційний шум) і дифузії носіїв заряду (дифузійний шум). Обидва процеси дають вклад як в тепловий, так і в дріб шуми напівпровідникових приладів. Частотний спектр цих Ф. е. визначається часом життя і дрейфу носіїв. У напівпровідникових приладах спостерігаються також Ф. е., обумовлені «уловлюванням» електронів і дірок дефектами кристалічної структури (див. Дефекти в кристалах, Напівпровідники ) .

  В приладах, що працюють на принципі вимушеного випромінювання ( мазери і ін.), виявляються шуми спонтанної емісії, обумовлені квантовим характером електромагнітного випромінювання.

  Технічеськие Ф. е. пов'язані з температурними змінами параметрів ланцюгів і їх старінням, нестабільністю джерел живлення, з перешкодами від промислових установок, вібрацією і поштовхами, з порушеннями електричних контактів і т.п.

  Ф. е. у генераторах електричних коливань викликають модуляцію амплітуди і частоти коливань (див. Модуляція коливань ), що приводить до появи безперервного частотного спектру коливань або до розширення спектральної лінії коливань, що генеруються, що становить величину 10 ^-7 –10 ^-12 від частоти, що несе.

  Ф. е. приводять до появи помилкових сигналів – шумів на виході підсилювачів електричних сигналів, обмежують їх чутливість і перешкодостійкість, зменшують стабільність генераторів і стійкість систем автоматичного регулювання і т.д.

  Літ.: Власов Ст Ф., Електронні і іонні прилади, 3 видавництва, М., 1960, гл.(глав) 13; Бонч-Бруєвіч А. М., Радіоелектроніка в експериментальній фізиці, М., 1966; Льовін М. Л., Ритов С. М., Теорія рівноважних теплових флуктуацій в електродинаміці, М., 1967; Малахов А. Н., Флуктуації в автоколивальних системах, М., 1968; Ван дер Зіл А., Шум, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1973.

  І. Т. Трофіменко.