Kebisingan

Kebisingan
Kebisingan termis
Electron-elektron bebas di dalam sebuah penghantar bergerak secara sembarang akibat dari diterimanya energy termis (thermal energy = energy panas). Jadi, pada setiap saat tertentu, suatu kelebihan electron mungkin terjadi pada salah satu ujung penghantar itu, dan meskipun tegangan rata-rata yang diakibatkannya adalah nol, daya rata-rata yang tersedia adalah nol (sama seperti suatu keluaran daya sinyal rata-rata dapat diperoleh dari suatu tegangan sinusoida yang rata-ratanya adalah nol).
Karena daya kebisingan disebabkan oleh energy panas, daya tersebut dikenal sebagai kebisingan termis (atau kadang-kadang kebisingan Johnshon, menurut nama penemunya). Tentunya dapat diharapkan bahwa daya kebisingan termis aka nada kaitannya dengan suhu penghantar, dan telah didapatkan bahwa daya rata-rata adalah sebanding dengan suku absolute dari penghantar tersebut. Juga telah ditemukan bahwa daya kebisingan rata-rata sebanding dengan lebar-bidang (bandwidth, atau laebar jalur) frekuensi, atau spektrum dari kebisingan termis;
Hukum yang menghubungkan daya kebisingan tersedia (rata-rata) dengan suhu dan lebar-bidang adalah.
Pn = kTB watt
Dimana :
Pn = daya kebisingan rata-rata yang tersedia, watt
T = suhu penghantar, Kelvin
B = lebar-bidang spektrum kebisingan, hertz
k = konstanta Boltzmann
= 1,38 X 10-23 joule/Kelvin
Kebisingan Tembakan
Sumber kebisingan dasar yang kedua, yang disebut dengan istilah kebisingan tembakan (shot noise), pada asalnya digunakan untuk melukiskan kebisingan arus pelat (anoda) yang ditimbulkan oleh fluktuasi acak (random fluctuation) dalam emisi electron dari katoda pada tabung-tabung radio; analoginya dapat diberikan sebagai pengaruh tembakan peluru dari sebuah senapan yang mengenai suatu sasaran. Kebisingan tembakan juga juga terjadi di dalam komponen-komponen semikonduktor, dimana pembawa-pembawa (carries) dibebaskan ke dalam daerah-daerah batas potensial (potential barrier), seperti yang terjadi pada sambungan pn (pn junctions). Seperti kebisingan termis, ternyata kebisingan tembakan juga mempunyai suatu kerapatan spektrum yang merata (uniform), dan arus kebisingan kuadrat rata-rata langsung tergantung pada komponen searah (direct) dari arus. Kebisingan tembakan adalah juga fungsi dari keadaan kerja dari peralatannya, dan beberapa kasus yang khusus sudah dianalisis; hanya dua dari kasus-kasus ini akan dibahas di sini, yaitu diode suhu terbatas (temperature-limited diode), dan diode sambungan-pn (pn-juction diode). Sebuah diode suhu-terbatas (temperature-limited diode) ialah sebuah diode tabung radio di mana emisi dari katoda hanya dibatasi oleh suhunya; misalnya, kenaikan arus pemanas (heater) akan meningkatkan suhu, dank arena itu juga arus kebisingan tembakan. Arus kebisingan tembakan kuadrat rata-rata ternyata diberikan oleh.
I_n^2 = 2IdcqeB 〖amper〗^2
Dimana :
In = komponen kebisingan arus, ampere
Idc = komponen rata dari arus, ampere
qe = besarnya muatan electron
= 1,6 X 〖10〗^- 19 C
B = lebar bidang kebisingan efektif, hertz

Kebisingan Pemisahan
Kebisingan pemisahan (partition noise) terjadi bila arus harus terbagi ke dalam dua jalur atau lebih, dan timbul karena fluktuasi sembarang pada pembagian tersebut. Karena itu, dapat diharapkan bahwa sebuah diode akan kurang kebisingannya daripada sebuah transistor (semua faktor-faktor lain dibuat sama), bila elektroda ketiga menarik arus (yaitu arus basis). Untuk alasan inilah maka masukan-masukan pada pesawat penerima gelombang mikro (microwave) sering langsung dimasukkan ke penyampur-penyampur (mixers)diode. Spektrum untuk kebisingan pemisah adalah datar. Pada pesawat-peasawat penerima dan penguat yang lebih tua, dan masih menggnakan tabung-tabung ratio, kebisingan pemisahan pada pentode adalah cukup besar sehingga tabung triode lebih dikuasai untuk penguatan frekuesi-tinggi.

Kebisingan Frekuensi Rendah atau Bergetar
Di bawah frekuensi-frekuensi dari beberapa kilohertz, timbul suatu komponen kebisingan, yang kerapatan sepktrumnya meningkat dengan menurunnya frekuensi. Ini dikenal sebagai kebisingan bergetar (flicker noise) (kadang-kadang disebut juga sebagai kebisingan 1/f). di dalam tabung radio, penyebab utama kebisingan ini ialah perubahan-perubahan lambat yang terjadi dalam susunan katoda-katoda yang dilapisi dengan oksida, dan perpindahan ion-ion ketidakmurnian (impurity) melalui oksida tersebut. Pada semikonduktor, kebisingan bergetar ditimbulakn oleh fluktuasi dalam kerapatan pembawa; pada frekuensi-frekuensi rendah hal ini jauh menyulitkan untuk peralatan penguatan semikonduktor daripada untuk peralatan sejenis dengan tabung radio. Fluktuasi kerapatan pembawa menyebabkan fluktuasi dalam konduktivitas bahan; pada gilirannya, hal ini menghasilkan jatuh tegangan yang berfluktuasi bila ada aliran arus searah, yang adalah regangan kebisingan-bergetar. Karena itu nilai kuadrat rata-ratanya aalah sebanding dengan kuadrat dari arus searah yang mengalir.

Kebisingan Frekuensi Tinggi atau Waktu-Transit
Pada alat-alat semikonduktor, bila waktu trasnsit (perpindahan) dari pembawa-pembawa yang menyebrangi suatu sambungan hamper sama besarnya dengan waktu periodic sinyal. Beberapa dari pembawa itu mungkin berdifusi kembali ke sumber atau emitternya. Dapat ditunjukan bahwa ini menimbulkan suatu admitansi masukan yang komponen konduktansinya meningkat dengan frekuensi. Bersama dengan konduktansi ini terdapatlah sebuah generator arus kebisingan. Karena konduktansi meningkat denga frekuensi, demikian pula kerapatan spektrumnya. Efek yang serupa terjadi juga di dalam tabung-tabung radio bila waktu transit electron dari katoda ke sisi kemudi (control grid) hamper sama besarnya dengan waktu periodic dan snyal.

Kebisingan Pembangkitan Rekombinasi
Di dalam alat-alat semikonduktor, beberapa pusat-pusat ketidakmurnian akan diionnisasikan atas dasar senbarang, karena mendapat energy termis; jadi suatu pembangkit (generation) pembawa-pembawa yang sembarang terjadi di dalam alat itu juga dapat ber-rekombinasi (recombine) dengan pusat-puat ketidakmurniannya yang diionisasikan dengan cara sembarang, baik langsung atau melalui puat-pusat jebakan (traping centers). Hasil keseluruhannya ialah bahwa konduktivitas semikonduktor mempunyai suatu komponen yang berfluktuasi dengan sembarang, yang menimbulkan suatu arus kebisingan bila arus searah (rata, direct) mengalir melalui semikonduktor tersebut. Kerapatak spektrum kebisingan jenis ini belum dapat sepenuhnya dipastikan.

Sumber : Komunikasi Elektronika, Ir.Kamal Idris