Флуктуации электрические

Определение "Флуктуации электрические" в Большой Советской Энциклопедии

Флуктуации электрические, хаотические изменения потенциалов, токов и зарядов в электрических цепях и линиях связи. Флуктуации электрические вызываются тепловым движением носителей заряда и др. физическими процессами в веществе, обусловленными дискретной природой электричества (естественные Флуктуации электрические), а также случайными изменениями и нестабильностью характеристик цепей (технические Флуктуации электрические). Флуктуации электрические возникают в пассивных элементах цепей (металлических и неметаллических проводниках), в активных элементах (электронных, ионных и полупроводниковых приборах), а также в атмосфере, в которой происходит распространение радиоволн.

  Тепловые Флуктуации электрические (тепловой шум) обусловлены тепловым движением носителей заряда в проводнике, в результате чего на концах проводника возникает флуктуирующая разность потенциалов. В металлах из-за большой концентрации электронов проводимости и малой длины свободного пробега тепловые скорости электронов во много раз превосходят скорость направленного движения в электрическом поле (дрейфа). Поэтому Флуктуации электрические в металлах зависят от температуры, но не зависят от приложенного напряжения (Найквиста формула). При комнатной температуре интенсивность тепловых Флуктуации электрические остаётся постоянной до частот ~ 10¹² гц. Хотя тепловые Флуктуации электрические возникают только в активных сопротивлениях, наличие реактивных элементов (ёмкостей и индуктивностей) может изменить частотный спектр Флуктуации электрические В неметаллических проводниках Флуктуации электрические на низких частотах на несколько порядков превышают тепловые Флуктуации электрические Эти избыточные шумы объясняются медленной случайной перестройкой структуры проводника под действием тока.

Флуктуации электрические в электровакуумных и ионных приборах связаны главным образом со случайным характером электронной эмиссии с катода (дробовой шум). Интенсивность дробовых Флуктуации электрические практически постоянна для частот (10⁸ гц и зависит от присутствия остаточных ионов и величины объёмного заряда (см. Дробовой эффект). Дополнительные источники Флуктуации электрические в этих приборах – вторичная электронная эмиссия с анода и сеток электронных ламп, динодов фотоэлектронных умножителей и т.п., а также случайное перераспределение тока между электродами. В электровакуумных и ионных приборах наблюдаются также медленные Флуктуации электрические, связанные с различными процессами на катоде (см. Фликкер-эффект). В газоразрядных приборах низкого давления Флуктуации электрические возникают из-за теплового движения электронов.

В полупроводниковых приборах Флуктуации электрические обусловлены случайным характером процессов генерации и рекомбинации электронов и дырок (генерационно-рекомбинационный шум) и диффузии носителей заряда (диффузионный шум). Оба процесса дают вклад как в тепловой, так и в дробовой шумы полупроводниковых приборов. Частотный спектр этих Флуктуации электрические определяется временами жизни и дрейфа носителей. В полупроводниковых приборах наблюдаются также Флуктуации электрические, обусловленные «улавливанием» электронов и дырок дефектами кристаллической структуры (см. Дефекты в кристаллах, Полупроводники).

  В приборах, работающих на принципе вынужденного излучения (мазеры и др.), проявляются шумы спонтанной эмиссии, обусловленные квантовым характером электромагнитного излучения.

Технические Флуктуации электрические связаны с температурными изменениями параметров цепей и их старением, нестабильностью источников питания, с помехами от промышленных установок, вибрацией и толчками, с нарушениями электрических контактов и т.п.

Флуктуации электрические в генераторах электрических колебаний вызывают модуляцию амплитуды и частоты колебаний (см. Модуляция колебаний), что приводит к появлению непрерывного частотного спектра колебаний или к уширению спектральной линии генерируемых колебаний, составляющему величину 10^-7–10^-12 от несущей частоты.

Флуктуации электрические приводят к появлению ложных сигналов – шумов на выходе усилителей электрических сигналов, ограничивают их чувствительность и помехоустойчивость, уменьшают стабильность генераторов и устойчивость систем автоматического регулирования и т.д.

Лит.: Власов В. Ф., Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960, гл. 13; Бонч-Бруевич А. М., Радиоэлектроника в экспериментальной физике, М., 1966; Левин М. Л., Рытов С. М., Теория равновесных тепловых флуктуаций в электродинамике, М., 1967; Малахов А. Н., Флуктуации в автоколебательных системах, М., 1968; Ван дер Зил А., Шум, пер. с англ., М., 1973.
  И. Т. Трофименко.