Il rumore elettrico: Dalla fisica alla progettazione

159 Pages·2011·1.53 MB·Italian

by  Giovanni Vittorio Pallottino (auth.)

Collana di Fisica e Astronomia
Acuradi:
MicheleCini
StefanoForte
MassimoInguscio
GuidaMontagna
OresteNicrosini
FrancoPacini
LucaPeliti
AlbertoRotondi
Giovanni Vittorio Pallottino
Il rumore elettrico
Dalla fisica alla progettazione
GIOVANNIVITTORIOPALLOTTINO
DipartimentodiFisica
Universita` diRomaLaSapienza
Contenutiintegrativialpresentevolumepossonoessereconsultatisuhttp://extras.springer.com,
password978-88-470-1985-0
UNITEXT-CollanadiFisicaeAstronomia
ISSNprintedition:2038-5730 ISSNelectronicedition:2038-5765
ISBN978-88-470-1985-0 e-ISBN978-88-470-1986-7
DOI10.1007/978-88-1986-7
Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com.
SpringerMilanDordrechtHeidelbergLondonNewYork
(cid:2)c Springer-VerlagItalia2011
Quest’opera e` protetta dalla legge sul diritto d’autore e la sua riproduzione e` ammessa solo ed
esclusivamenteneilimitistabilitidallastessa.Lefotocopieperusopersonalepossonoessereef-
fettuateneilimitidel15%diciascunvolumedietropagamentoallaSIAEdelcompensoprevisto
dall’art.68.Leriproduzioniperusononpersonalee/ooltreillimitedel15%potrannoavveniresolo
aseguitodispecificaautorizzazionerilasciatadaAIDRO,CorsodiPortaRomanan.108,Milano
20122,[email protected].
Tuttiidiritti,inparticolarequellirelativiallatraduzione,allaristampa,all’utilizzodiillustrazioni
etabelle,allacitazioneorale,allatrasmissioneradiofonicaotelevisiva,allaregistrazionesumicro-
filmoindatabase,oallariproduzioneinqualsiasialtraforma(stampataoelettronica)rimangono
riservatianchenelcasodiutilizzoparziale.Laviolazionedellenormecomportalesanzionipreviste
dallalegge.
L’utilizzoinquestapubblicazionedidenominazionigeneriche,nomicommerciali,marchiregistra-
ti,ecc.anchesenonspecificatamenteidentificati,nonimplicachetalidenominazioniomarchinon
sianoprotettidallerelativeleggieregolamenti.
Copertina:SimonaColombo,Milano
Impaginazione:CompoMatS.r.l.,Configni(RI)
Stampa:GrafichePorpora,Segrate(MI)
StampatoinItalia
Springer-VerlagItaliaS.r.l.,ViaDecembrio28,I-20137Milano
SpringerfapartediSpringerScience + BusinessMedia(www.springer.com)

Indice
Prefazione......................................................... IX
Premessa .......................................................... XI
1 Introduzionealrumore ......................................... 1
2 Lacaratterizzazionematematicadelrumore ...................... 5
2.1 Densita` diprobabilita`,valormedioevaloreefficace ............. 6
2.2 Lefunzionidicorrelazione................................... 11
2.3 Spettridipotenzaespettridiampiezza......................... 13
3 Ilfiltraggiodelrumore.......................................... 17
3.1 Ilfiltraggioneldominiodellafrequenza ....................... 17
3.2 Labandaequivalentedirumore............................... 19
3.3 Iltempod’integrazioneequivalente ........................... 20
4 Ilrumoretermico .............................................. 23
4.1 Introduzionealrumoretermico ............................... 23
4.2 LaformuladiJohnson.L’originedelrumoretermicoelettrico ..... 28
4.3 LageneralizzazionedellaformuladiJohnson ................... 31
5 Ilrumoreshot ................................................. 37
6 Ilrumore1/f .................................................. 41
7 Ilrumorediquantizzazione ..................................... 47
8 Larappresentazionedelrumorenelleretielettriche................ 49
8.1 Ilrumoreneibipoli ......................................... 49
8.2 Ilrumorenelleretiadueporte................................ 53
vi Indice
9 Fattoredirumore,temperaturadirumore,... .................... 57
9.1 Ilfattoredirumore ......................................... 57
9.2 Latemperaturadirumoreeilnumerodirumore................. 60
9.3 Lacaricaequivalented’ingresso .............................. 63
9.4 Lapotenzaequivalentedirumore(NEP) ....................... 65
10 Ilrumoredeidispositivi......................................... 67
10.1 Componentipassivi......................................... 67
10.2 Idiodiagiunzione.......................................... 70
10.3 Transistoribipolari ......................................... 71
10.4 Transistoriaeffettodicampo................................. 74
10.5 Ilrumorenegliamplificatorioperazionali ...................... 78
10.6 CennisulrumoredeiDCSQUID ............................. 82
11 Generalita` sullaprogettazioneabassorumore..................... 87
11.1 Introduzioneallaprogettazioneabassorumore.................. 87
11.2 Lemisuredelrumore ....................................... 90
11.3 Letecnichediadattamentoalrumore(noisematching) ........... 92
11.4 Lacontroreazioneeilrumore ................................ 95
11.5 Unesempiodiprogettodipreamplificatoreabassorumore........ 97
12 Cennisull’estrazionedelsegnaledalrumore ...................... 99
12.1 Segnalicostanti(olentamentevariabili)........................ 99
12.2 Segnalisinusoidali .........................................101
12.3 Segnaliconspettrodiformanota .............................103
12.4 Segnaliconformad’ondanota ...............................105
12.5 Alcunetecnicheparticolari...................................107
12.5.1 Modulazionedelsegnaleeimpiegodiunamplificatore
lock-in .............................................107
12.5.2 Latecnicadicorrelazioneaduecanali ..................110
12.5.3 Latecnicadellemediecorrelate ........................111
12.5.4 Ilcampionamentodoppiocorrelato(correlateddouble
sampling)...........................................112
13 Impieghiutilidelrumore .......................................113
13.1 Lamisuradicostantifondamentaliedigrandezzefisiche .........113
13.2 L’impiegodelrumorecomesegnalecasuale ....................115
13.3 Ilraffreddamentodelrumoremediantelacontroreazione .........118
13.4 Ilrumorecomestrumentoconcettuale .........................120
A Richiamisuisistemi ............................................123
A.1 Classificazionedeisistemi ...................................123
A.2 Isistemilinearidinamici ....................................124
A.3 Ilrumoreneisistemilinearidinamici ..........................126
A.4 Ilrumoreneisisteminonlinearistatici .........................127
Indice vii
B IprocessidiPoisson ............................................131
C Funzionidiautocorrelazioneespettriunilateri ....................135
D L’analogiadiMaxwell ..........................................137
Bibliografia........................................................139
Indiceanalitico.....................................................145

Prefazione
Ho molto apprezzato la chiarezza dello stile pedagogico della trattazione, che ri-
tengoconvenientesiaperunostudentecheaffrontaperlaprimavoltalostudiodei
fenomenidelrumoresiaperchigia`disponediconoscenzealriguardo,mavorrebbe
approfondirleerenderlepiu` sistematiche.Inquestosensoilpresentelibrosicolloca
in una posizione intermedia ben definita fra le trattazioni matematiche riguardan-
ti la teoria del rumore e i libri di natura tecnica contenenti dettagli sul rumore dei
dispositivi e dei circuiti elettronici. Considero questo lavoro come un assai valido
contributoallaformazioneculturalegeneralediunfisicoodiuningegnereelettro-
nico,anchesenondestinatoadoperareprofessionalmentenelsettorespecificodella
strumentazioneabassorumore.
Mosca,febbraio2011 ValentinNikolaevichRudenko
IstitutoAstronomicoSternberg,Universita` Lomonosov