m là đại lượng đầu vào; đối với đầu dò từ trường nhỏ, là cả ứng từ.
3.1.3 Một số loại tạp thƣờng gặp
Theo A.Van Der Ziel thì tất cả các đại lượng đặc trưng của mỗi loại vật liệu hoặc linh kiện đều thăng giáng một cách ngẫu nhiên xung quanh giá trị trung bình (ngay cả trong trường hợp cân bằng nhiệt) và sự thăng giáng ngẫu nhiên đó được gọi là tạp nội. Theo tính chất của nó, loại tạp này còn được một số tác giả gọi là nhiễu thăng giáng nội tại hay còn gọi là nhiễu nội vì nó xảy ra ngay bên trong bản thân vật liệu và linh kiện.
Tạp nhiệt (thermal noise)
Nguồn gốc tạp nhiệt là do chuyển động Brown của các hạt tải điện bên trong vật dẫn gây nên. Ở một nhiệt độ nhất định mật độ phổ của điện áp tạp nhiệt được xác định bằng biểu thức:
( ) 4 . .
v
S f k T R (3.3)
Trong đó k = 3,18.10-23J/K là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là điện trở của vật dẫn.
Tạp nhiệt là nguồn tạp phổ biến nhất trong các linh kiện và thiết bị điện tử.
Tạp nổ (shot noise)
Nguồn gốc tạp nổ là do sự dao động của dòng hạt tải tự do khi chạy qua một khe hay rào năng lượng. Mật độ phổ dòng tạp nổ ở vùng tần số thấp được xác định bằng công thức:
( ) 2
I
S f eI (3.4)
Trong đó e là điện tích của điện tử, I là dòng đi một chiều trung bình. Ở vùng
tần số cao mật độ phổ dòng tạp nổ phụ thuộc vào tần số f dưới dạng:
22 2 2 2 2 2 sin ( ) 2 ( ) I f S f eI f (3.5)
Trong đó là thời gian dịch chuyển của điện tử qua miền điện tích không gian.
Tạp phát sinh tái hợp (genreration - recombination noise, hay G - R noise)
Nguồn gốc tạp phát sinh tái hợp là do các hạt tải tự do bị thăng giáng tự phát bởi các tâm phát sinh tái hợp ơ trong khối và bề mặt vật liệu linh kiện. Mặt độ phổ SI(f)
của sự thăng giáng dòng có dạng :
22 2 2 2 2 0 ( ) 4 1 I N S f I N (3.6) Trong đó 2 N
là thăng giáng bình phương trung bình của số hạt tải ở bên trong mẫu. N0 là số hạt tải ở trạng thái cân bằng, là số thời gian sống của hạt tải.
Tạp 1/f (1/f noise or ficker noise)
Đây là loại tạp có đặc điểm là mật độ phổ tạp tỷ lệ nghịch với tần số dưới dạng:
1 ( ) I S f CI f (3.7)
Trong đó C, , , là các hằng số, I là dòng điện một chiều đi qua linh kiện, ƒ là
tần số. Trong nhiều trường hợp người ta thấy giá trị = 2, còn thường có giá trị từ 0.8 1.4. Nguyên nhân vật lý của sự xuất hiện tạp 1/ƒ đến nay vẫn chưa biết một cách đầy đủ và rõ ràng, vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau, song hiện nay nhiều tác giả cho rằng loại tạp này có liên quan tới trạng thái bề mặt của vật liệu và linh kiện.
Tạp thác lũ (avalanche noise)
Nguồn gốc tạp thác lũ là do các hạt tải được tăng tốc ở trong điện trường cao va chạm làm phát sinh ra các hạt tải khác (hạt tải thứ cấp). Quá trình này có tính ngẫu nhiên nên tạo ra tạp thác lũ.
Mật độ phổ của dòng tạp thác lũ có dạng:
22 . . 2 . .
I M
Trong đó: q là hệ số, IM là dòng toàn phần, M là hệ số nhân thác lũ.
Tạp bập bùng (burst or popcorn noise)
Tạp này có dạng gồm các xung ngẫu nhiên nối tiếp có độ dài thay đổi, độ cao như nhau hoặc khác nhau. Nguồn gốc của tạp bập bùng đến nay vẫn chưa rõ hoàn toàn, có thể là do sự đánh thủng địa phương, do sự bất đồng đều của vật liệu hoặc do các khuyết tật của mạng tinh thể làm sai lệch mạng và tạo nên các tâm bắt với mật độ lớn…. Mật độ phổ tạp xác định theo biểu thức: 2 0 2 2 2 0 ( ) 4 ( ) 1 I S f I N (3.9)
Trong đó: I là độ cao trung bình của dãy xung, N là tổng số lần lên và xuống
của dãy xung quan sát,
0
1 1 1
và là độ rộng xung trung bình ở mức trên và
là độ xung trung bình ở mức dưới.
Một vài đặc điểm về mô hình tạp của linh kiện cảm biến
Tất cả các linh kiện cảm biến đều có các nguồn phát tạp ở bên trong (các nguồn tạp nội) và đặc tính tạp ở đầu ra (tạp tổng) của mỗi linh kiện, cảm biến có thể xác định được bằng lý thuyết và thực nghiệm.
Trên thực tế mỗi linh kiện, cảm biến khi làm việc thường được gắn với một bộ khuếch đại tín hiệu mà tạp của nó nói chung không thể bỏ qua. Bởi vậy, việc nghiên cứu tạp của linh kiện, cảm biến cần phải tính đến cả sự ảnh hưởng tạp của bộ khuếch đại sử dụng.