
ノイズ発生器は、電気ノイズ(つまり、ランダム信号)を生成する回路です。ノイズ発生器は、ノイズ指数、周波数応答、その他のパラメータを測定するために信号をテストするために使用されます。ノイズ発生器は、乱数を生成するためにも使用されます。[ 1 ]
ノイズ発生に使用される回路には、温度制御抵抗器、温度制限真空ダイオード、ツェナーダイオード、ガス放電管などがあります。[ 2 ]オン/オフを切り替えられる(「ゲート制御」される)ソースは、一部のテスト方法に有効です。
ノイズ発生器は通常、熱雑音やショットノイズなどの基本的なノイズプロセスに依存している。
熱雑音は基本的な標準となり得る。ある温度にある抵抗器には、熱雑音が伴う。雑音発生器は、異なる温度の2つの抵抗器を備え、それらを切り替えて動作させる。結果として得られる出力電力は低い。( 室温の1 kΩ抵抗器と10 kHzの帯域幅の場合、実効雑音電圧は400 nVである。[ 3 ])
電子が障壁を越えて流れるとき、それらは離散的な到着時間を持つ。これらの離散的な到着はショットノイズを示す。ショットノイズ発生器の出力ノイズレベルは、DCバイアス電流によって容易に設定できる。通常、ダイオードの障壁が使用される。[ 4 ]
ノイズ発生回路の種類によって、直流バイアス電流を設定する方法が異なる。

一般的なノイズ源の 1 つは、熱制限 (飽和放出)ホットカソード真空管ダイオードでした。これらのソースは、数キロヘルツからUHFまでのホワイトノイズ発生器として使用でき、通常のラジオ管のガラスエンベロープで入手できました。フリッカー (1/ f ) ノイズは低周波数での用途を制限し、電子の通過時間は高周波数での用途を制限しました。基本的な設計は、加熱されたフィラメントを備えたダイオード真空管でした。カソード (フィラメント) の温度によってアノード (プレート) 電流が設定され、ショットノイズが決定されます。リチャードソン方程式を参照してください。アノード電圧は、フィラメントから放出されたすべての電子を収集するのに十分な大きさに設定されます。[ 5 ] [ 6 ]プレート電圧が低すぎると、フィラメントの近くに空間電荷が発生し、ノイズ出力に影響します。校正された発生器の場合、ショットノイズが管のプレート抵抗やその他の回路要素の熱ノイズよりも優勢になるように注意する必要があります。
SHF周波数および導波管への斜め挿入には、フィラメント用の通常のバヨネット電球マウントと陽極トップキャップを備えた、細長いホットカソードガス放電ガラス管が使用されました。[ 7 ]混合ガスでは出力が温度に依存するため、ネオンなどの純粋な不活性ガスが充填されました。燃焼電圧は200V未満でしたが、5kVの陽極電圧スパイクによる点火の前に、2ワットの白熱ランプによる光学的プライミング(予備電離)が必要でした。
低周波ノイズ帯域には、ネオンガスを充填したグローランプが使用された。回路はスパイク/ニードルパルス用の回路と同様であった。
ある小型サイラトロンは、横磁場中でダイオード(グリッドをカソードに接続)として動作させた場合、ノイズ源としても利用できることがわかった。[ 8 ]
別の可能性としては、トランジスタのコレクタ電流を利用する方法がある。
逆バイアスされた降伏ダイオードもショットノイズ源として使用できます。電圧レギュレータダイオードは一般的ですが、降伏メカニズムは 2 種類あり、それぞれノイズ特性が異なります。そのメカニズムはツェナー効果とアバランシェ降伏です。[ 9 ]
ツェナー効果は主に、約 7 ボルト以下でブレークダウンする逆バイアス ダイオードとバイポーラ トランジスタのベース エミッタ接合で現れます 。接合部が薄く電界が高いため、ブレークダウンは内部電界放出によるものです。ツェナー型のブレークダウンはショット ノイズです。フリッカー (1/ f ) ノイズ コーナーは 10 Hz 未満になることがあります 。[ 10 ]
ツェナーダイオードによって発生するノイズは、単純なショットノイズである。
7ボルトを超える降伏電圧では 、半導体接合幅が厚くなり、主な降伏メカニズムはアバランシェになります。ノイズ出力はより複雑になります。[ 10 ]アバランシェ増倍があるため、過剰ノイズ(単純なショットノイズを超えるノイズ)が発生します。
高出力ノイズ発生器には増幅が必要です。広帯域ノイズ発生器の場合、その増幅は困難な場合があります。一つの方法として、ノイズを発生させる同じ障壁内でアバランシェ増倍を利用する方法があります。アバランシェでは、1つのキャリアが他の原子と衝突し、新しいキャリアを放出します。その結果、障壁を越えて移動する各キャリアに対して、複数のキャリアが同期して到着します。これにより、広帯域で高出力の光源が得られます。従来のダイオードを降伏状態で使用できます。
アバランシェ降伏には多状態ノイズも伴います。ノイズ出力電力は複数の出力レベル間でランダムに切り替わります。多状態ノイズはフリッカー(1/ f)ノイズにいくらか似ています。この影響はプロセスに依存しますが、最小限に抑えることができます。低多状態ノイズのダイオードを選択することもできます。[ 10 ]
アバランシェダイオードノイズ発生器の商用例としては、10 MHz から 26.5 GHzを カバーするAgilent 346C がある。 [ 11 ]
3.95~18GHzの周波数に対応する導波管セクションに慎重に取り付けられたアルゴンガス放電管です
。モデル349Aも、400~4000MHzの周波数に対応する同軸構成のアルゴン管を使用しています
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