Rumore nei resistori a film metallico

[BrunoValente]

Ciao a tutti,
Con riferimento a questo tipo di resistori a film metallico mi interesserebbe sapere se c'è un modo per calcolare quanto vale l'incremento della tensione di rumore, rispetto a quello termico, che si produce quando è percorso da una corrente continua.
Grazie

[IsidoroKZ]

Ma tu fare una domanda facile, proprio mai, vero?

Disclaimer: non sono un rumorista. Se serve posso chiedere ad un esperto mondiale.

In generale una continua produce rumore con due meccanismi. Il primo e` l'aumento di temperatura che provoca un aumento del rumore termico (Johnson). Il rumore termico e` dovuto al moto casuale degli elettroni (moto browniano): se scaldi si muovono piu` in fretta.

Il fatto che la corrente aggiunga una componente di velocita` agli elettroni e quindi faccia muovere "piu` in fretta" i portatori di carica non da` nessun effetto sul rumore Johnson perche' l'aumento della velocita` di trascinamento e` irrilevante rispetto al moto browniano (gli ordini di grandezza sono millimetri al secondo rispetto a decine di kilometri al secondo)

Il secondo meccanismo e` dovuto alla granularita` della carica (rumore shot o di Poisson), e qui le cose si complicano non poco. In una giunzione la corrente di rumore shot vale , dove q la carica dell'elettrone, I la corrente e B la banda su cui si misura il rumore.

Pero` un conduttore (come lo strato dei resistori) non e` una giunzione, e qui le cose si complicano parecchio. Per conduttori molto corti, la potenza di rumore e` un terzo di quella shot, quindi si avrebbe , MA questo vale solo quando il conduttore ha una lunghezza non superiore alla lunghezza di scattering anelastico (decine di nanometri?).

Per tutte le lunghezze "umane", il rumore shot viene ulteriormente attenuato dalla media di tanti segmenti in serie non coerenti, e quindi non mi aspetto che ci siano effetti misurabili da questo punto di vista.

Ho un articolo che racconta queste cose, se vuoi te lo mando, poi pero` me lo spieghi perche' io non l'ho mica capito

[carloc]

Ma tu fare una domanda facile, proprio mai, vero?
[...]
Ho un articolo che racconta queste cose, se vuoi te lo mando, poi pero` me lo spieghi perche' io non l'ho mica capito

Ogni tanto mi torna a mente perché frequento(avo) EY

[elfo]

Designing for Ultra-Low THD+N
Resistors and Capacitors
di Bruce Hofer ex Tek e fondatore di Audio Precision

https://convexoptimization.com/TOOLS/Ho ... NPart2.pdf

[BrunoValente]

Grazie elfo, molto interessante ma mi pare sia affrontato solo il problema della distorsione, non quello del rumore.

Ma tu fare una domanda facile, proprio mai, vero?

Be', non lo sapevo che fosse una domanda difficile , solo dopo la tua risposta l'ho capito.

Ho un articolo che racconta queste cose, se vuoi te lo mando, poi pero` me lo spieghi perche' io non l'ho mica capito

No, no, per carità, se non l'hai capito tu allora per me non c'è alcuna speranza

Ho fatto questa domanda perché ho sempre sentito dire che i resistori a film metallico sono meno rumorosi di quelli ad impasto di carbone e che per questo sono raccomandati nei circuiti audio a basso livello di segnale ma in realtà quanto sono meno rumorosi? quanta corrente continua deve scorrere in un resistore affinché l'incremento del rumore sia percepibile? esisterà forse una formula, magari empirica, utile per una stima?

[claudiocedrone]

Ciao Bruno, non ho formule e non sono un esperto elettronico ma ho sempre avuto un ottimo orecchio e quella del minor rumore dei resistori a film metallico nei circuiti audio è una audiofilata bella e buona, la differenza se c'è non è percepibile a orecchio.

[Kagliostro]

Sicuramente li avranno comparati ai vecchi resistori al carbone

ed ecco che magicamente la differenza si sente

K

[IsidoroKZ]

Rileggendo bene la domanda, forse vedo che ho capito male. La frase "corrente in DC" mi ha fatto pensare al rumore shot. In seconda lettura mi sembra invece che ti riferisca al rumore flicker.

In questo caso la risposta e` piu` semplice: del rumore flicker si sa tutto, tranne da dove arrivi

Il rumore flicker e` onnipresente, in elettronica e in altri campi, tipo le piene del Nilo, astronomia, musica... e non c'e` una teoria unitaria che ne spieghi l'origine.

Per alcuni campi dell'elettronica si sono fatti modelli di cattura e rilassamento, ma detto semplicemente e` un casino, poi interazioni con fononi, poi trappole varie... Ancora adesso se ne discute.

Cio` detto, i resistori a carbone e anche quelli a film spesso sono "parecchio" rumorosi. Il parecchio deriva dal fatto che e` un fenomeno conosciuto da un secolo, quindi non troppo difficile da osservare.

Il rumore flicker ha una densita` spettrale del tipo 1/f: piu` la frequenza scende, maggiore e` l'intensita` del rumore. D'altra parte piu` la frequenza sale, minore e` l'intensita` del rumore e a una certa frequenza di corner, fc, il flicker scompare sotto al rumore termico.

Il fatto che la densita` spettrale del rumore scenda vada come 1/f fa si` che se si misura il rumore su una decade di frequenza (ad esempio da 1Hz a 10Hz, oppure da 34Hz a 340Hz...) si ottiene sempre lo stesso valore di rumore.

E ora la risposta alla tua domanda. I resistori a film metallico dovrebbero esseere abbastanza silenziosi, ma i costruttori non dicono quasi mai i valori del rumore flicker (tranne una eccezione).

La caratterizzazione di quanto rumore flicker fa una resistenza e` data da un coefficiente (Noise index) che dice quanti microvolt di rumore per decade genera una resistenza con 1V applicato ai suoi capi. Spesso Ni e` dato in decibel, 0dB vuol dire 1µV/V. L'unico grafico che ho trovato che fornisce questo Ni per resistori SMD a film spesso e` questo (ma sono sicuro che se sguinzagliamo Max2433BO ci inonda di documentazione):

Vedi che per una resistenza da 100kΩ si va da 1 a 3 µV di tensione di eccesso per ogni decade per ogni volt applicato alla resistenza. Ovviamente bisogna che la tensione applicata alla resistenza sia "pulita", altrimenti misuri il rumore dell'alimentazione.

Qui la bibliografia.

Un testo introduttivo sul rumore e` Pallottino -Il rumore elettrico, Springer 2011.

La sorgente da dove ho preso le info e` dal blog della Hartmantech. Ora il blog e` chiuso, ma qui c'e` l'articolo che da` tutte le informazioni. Al fondo c'e` il link a un foglio excel (funziona!) con cui fare i conti del rumore flicker, compresa la frequenza di corner.

Il grafico del coefficiente Ni e` preso da qui, pagina 11. L'inglese e` terribile, ma il grafico si capisce!

Infine un articolo "didattico" sul rumore flicker e`
questo. Milotti ha anche scritto un articolo sul rumore 1/f per "Le Scienze", ma ho solo trovato il testo, senza le figure. E` Le Scienze giugno 1996.

[Max2433BO]

CHI MI HA EVOCATO!!!!

Allora, ad una primissima ricerca, in questo pdf, a pag. 3, c'è un grafico, molto semplificato a dire il vero, dove viene rappresentato il diverso range di per diverse tipologie di resistenze.

Qui si parla dell'eccesso di rumore in reti di resistori a film sottile e a lamina metallica, mentre qui c'è un vecchio documento della Texas Instrument che parla genericamente del rumore nei resistori di precisione.

Qui, e qui due datasheet di resistenze a film metallico dove viene riportato un grafico sul rumore.

Qui un esperimento per la misura del rumore nelle resistenze.

Anche se non specifico per le resistenze a film metallico, forse questo articolo e quelli segnalati in fondo alla pagina potrebbero interessare.

[didimo]

Qui l'articolo de" le Scienze" :
https://archive.org/details/lescienze-3 ... iugno+1996
Buona lettura.

didimo