روش‌های حذف نویز الکتریکی -بخش سوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، در ادامه بخش سوم مقاله روش‌های حذف نویز الکتریکی ارائه می شود.

 

یکی از مهمترین ویژگی‌های نویز‌های ذاتی تصادفی بودن آنهاست به این معنا که ما قادر به پیش بینی دامنه نوسانات ولتاژ و جریان نیستیم و مجبوریم یک توصیف آماری برای آن بیان کنیم. ویژگی‌های دیگر این نویز‌ها این است که دامنه آن‌ها بسیار کوچک است. (به ندرت به کسری از میلی ولت می‌رسد و معمولا کمتر از ۱ میکرو ولت است.)

نویز‌های غیر ذاتی یا خارجی:

منشا نویز‌های غیر ذاتی در خارج از مدار قرار دارند در واقع در این حالت مدار مثل یک آنتن گیرنده عمل می‌کند به همین خاطر این نوع نویز را با اصطلاحاتی، چون سیگنال‌ها فرعی، سیگنال‌های مزاحم، یا آشفتگی و اختلال نیز می‌شناسند.

بر اساس منشا‌های ممکن برای این نویز، آن را به دو دسته کلی تقسیم می‌کنیم:

a. اختلال محیطی:

نمونه‌هایی از این اختلالات عبارتند از:

نویز آسمان (فضایی) که شامل منابعی با برد زیاد مثل خورشید و کهکشان راه شیری است.
نویز جوی مثل آذرخش است.

نویز‌های مصنوعی که توسط بشر در طبیعت منتشر شده است. این نوع نویز می‌تواند منشاهایی، چون موتور‌های الکتریکی، قوس الکتریکی، خطوط قدرت، اثر نئون، سوئیچ ها، شمع (مولد جرقه در موتور) در سیستم‌های احتراقی، دشارژ الکترواستاتیک، تجهیزات برق قدرت، ایستگاه‌های سرویس دهنده رادیو و تلویزیون، وسایل برقی خانگی، تلفن‌های همراه و… داشته باشند.

b. تداخل یا نویز انتقالی:

گاهی در مدار سیگنال‌هایی مفید داریم که توسط پارازیت‌های ناشی از تزویج شدگی از مدار گرفته می‌شوند این عمل یک اختلال محسوب می‌شود و بطور کلی این پدیده را تداخل بین دو سیستم می‌گویند.
به طور کلی اثر تداخل (به معنی اثر ناخواسته یک سیگنال مخرب) را می‌توان توسط موقعیت نسبی کابل ها، نوار‌های مسی و عناصر مداری که در چهارچوب مشخصی قرار می‌گیرند تا حد زیادی کاهش داد.

ویژگی‌های نویز‌های غیر ذاتی:

نویز ذاتی اصولا به صورت تصادفی تاثیر می‌گذارد، در ماهیت همه مواد وجود دارد و نیاز به تعریف آماری دارد.
نویز غیر ذاتی ماهیت ثابتی داشته و نیازی به تعاریف آماری ندارد. عملا فرکانس سیگنال‌های مزاحم از قبل معلوم است (مثل امواج رادیویی که طیف خاصی دارند و یا سیگنال‌هایی با فرکانس، هارمونیک‌ها و هارمونیک‌های فرعی مشخص، ولی اغلب اختلالات در مدار ناشی از برهم نهی چندین سیگنال ثابت است.

مشخصه‌های اصلی نویز:
پهنای باند:

نویز‌های ذاتی در محدوده تمام فرکانس‌هایی که در علوم مهندسی با آن‌ها سروکار داریم ظاهر می‌شوند، ولی دامنه‌ای بسیار کوچک دارند. مثل نویز لرزشی یا گرمایی.

زمانی که یک نویز ذاتی در مداری ظاهر شود هیچ روشی برای حذف آن وجود ندارد چرا که گستره‌ی فرکانسی آن تا فرکانس‌های بسیار بالا گسترش یافته است. (معمولا بالاتر از فرکانس‌های هر سیگنال واقعی)

در نقطه مقابل نویز‌های غیر ذاتی قرار دارند، این نویز‌ها گستره‌ی فرکانسی بسیار محدودتری دارند، ویژگی‌های مذکور این امکان را به ما می‌دهد که با قرار دادن فیلتر‌های مناسب این سیگنال‌ها را پس بزنیم ویا اینکه بتوانیم باند فرکانسی سیگنال‌های مفید را به بیرون از گستره‌ی فرکانسی آن‌ها انتقال دهیم.

دامنه:

همانطور که قبلا گفته شد دامنه نویز‌های ذاتی نسبتا پایین است. به عنوان مثال نویز حرارتی مقاومت ۱۰۰ kΩ در دمای معمولی (۳۰۰ K) و در پهنای باند پایین حدود ۱ Hz دامنه‌ای حدود ۴۰ Nv (rms) دارد. با این حساب خطای ناشی از این نویز در سیم‌ها و نوار‌های مسی برد‌های چاپی (PCB) مدار بسیار ناچیز است.

در مقابل، نویز‌های ناشی از تاسیسات صنعتی با دامنه‌ی بالای خود موجب اختلال در کار مدار و آسیب رساندن به آن می‌شوند. (حتی در بعضی مواقع دامنه آن‌ها بیشتر از سیگنال‌های مفید می‌شود.)

یک اصل کلی چنین بیان می‌کند که دامنه‌ی نویز‌های ساخته‌ی دست بشر با افزایش فرکانس کاهش می‌یابد، اما این تغییر با توجه به موقعیت قابل ملاحظه است.

 

برای مطالعه ادامه مقاله به روش‌های حذف نویز الکتریکی -بخش آخر مراجعه نمایید.