CCF090613000

1.18. Co to są szumy?

Szumy są to, najogólniej biorąc, wszelkie niepożądane zmiany wielkości fizycznych zakłócające proces obserwacji. Stosując różne kryteria podziału, rozróżnia się szum: przemysłowy, naturalny, akustyczny, elektryczny, kosmiczny, impulsowy, tłowy, własny itp. Każdy szum ma cechy sygnału losowego, podlega więc opisowi statystycznemu stosowanemu przy analizie wszystkich procesów stochastycznych.

Szumem elektrycznym - w najszerszym znaczeniu tego pojęcia - nazywa się wszystkie niepożądane składniki występujące w sygnale elektrycznym. Przyczyną ich pojawienia się mogą być: fluktuacje wielkości elektrycznych będące rezultatem ziarnistej struktury materii, zakłócenia pochodzące od zewnętrznych pól elektromagnetycznych, a także zakłócenia powstające wskutek niestabilnych warunków pracy oraz zniekształcenia nieliniowe. Większość z nich daje się ograniczać bądź eliminować, niemożliwe do usunięcia, nawet w warunkach równowagi termodynamicznej, są jedynie fluktuacje wielkości elektrycznych. Ponieważ w ich przypadku wartość średniokwadratowa prądu lub napięcia nie jest równa zeru, oznacza to, że nawet wówczas, gdy nie ma sygnału użytecznego, w elementach układu jest generowany sygnał szumowy. Szumy występują we wszystkich (bez wyjątku) elementach i układach elektronicznych, a ich intensywność (poziom) zależy głównie od rodzaju użytych elementów i warunków pracy. Szumy ze względu na mechanizm powstawania dzieli się na: cieplne, śrutowe i typu 1//; w przyrządach półprzewodnikowych występują ponadto szum lawinowy i szum wybuchowy.

Szumy ograniczają czułość wejściową, a także dynamiczny zakres pracy układu, mogą też być przyczyną zniekształceń sygnału użytecznego (np. pogorszenia jakości odbioru programu muzycznego) itp. Pożądane jest zatem, aby poziom szumów był możliwie mały albo żeby odstęp między poziomem sygnału użytecznego a poziomem szumu był możliwie duży. Ponieważ szumów nie można całkowicie wyeliminować, zatem zwykle dąży się do ich minimalizacji przez stosowanie coraz skuteczniejszych metod ich redukcji, a także doskonalenie procesu produkcyjnego elementów i optymalizację budowy układów z nich złożonych w celu uzyskiwania coraz korzystniejszych konstrukcyjnych i użytkowych parametrów urządzeń. Warto przy tym zaznaczyć, że szumy znajdują też obecnie rozmaite zastosowania, np. w badaniach różnorodnych zjawisk i procesów o charakterze przypadkowym, w określaniu charakterystyk (parametrów) elementów, układów i urządzeń, w symulacji zjawisk umożliwiających ocenę pracy urządzeń w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, w identyfikacji obiektów, w diagnostyce uszkodzeń, w prognozowaniu niezawodności elementów i urządzeń elektronicznych itp.

30