A5 Ruído eletrônico

Tópico

A agitação térmica dos portadores de carga livres dentro deste material semicondutor, presente mesmo quando nenhuma corrente média flui através dele, produz ruído térmico, o ruído de Johnson-Nyquist: esses mesmos portadores de carga livres, agitados termicamente em todas as direções dentro deste material semicondutor, geram uma flutuação de tensão entre suas extremidades que é independente da frequência na qual é medida, distribuída igualmente por todo o espectro de frequências. Temperaturas mais altas neste material semicondutor tornam essa agitação térmica desses portadores de carga livres mais intensa e, consequentemente, esse ruído térmico independente da frequência também é maior.

A natureza discreta da carga elétrica que atravessa uma barreira de potencial dentro deste material semicondutor — seja em uma junção ou em qualquer outro elemento onde a corrente média deve atravessar um portador de carga por vez — produz ruído de disparo: cada portador de carga individual atravessa essa mesma barreira de potencial em seu próprio instante aleatório, sem qualquer correlação com o instante em que o próximo portador de carga a atravessa. É essa aleatoriedade nos instantes de travessia dos portadores de carga discretos que produz, em torno dessa corrente média, uma flutuação de corrente proporcional a ela. Uma corrente média mais alta atravessando essa barreira de potencial resulta, consequentemente, em um ruído de disparo mais elevado.

Portanto, este modelo, com seu foco inicial no ruído térmico e de disparo, descreve um terceiro mecanismo de flutuação, de origem empírica e não tão bem compreendido quanto os dois anteriores. Este terceiro mecanismo depende dos estados de superfície e defeitos presentes na superfície deste material semicondutor. Esses mesmos estados de superfície e defeitos aprisionam e liberam portadores de carga com uma ampla distribuição de constantes de tempo características. É essa superposição de constantes de tempo que produz o ruído de cintilação, cuja intensidade aumenta à medida que a frequência medida diminui. Isso contrasta com o ruído térmico e de disparo, que permanecem independentes da frequência. O fato de este material semicondutor apresentar uma densidade maior desses estados de superfície e defeitos resulta em um ruído de cintilação maior. É precisamente em baixas frequências que o ruído de cintilação acaba dominando a relação sinal-ruído, que esses três mecanismos juntos limitam, em relação ao ruído térmico e de disparo.

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