Rauschen: Eine Einführung zum Verständnis elektrischer Schwankungserscheinungen

1. Einleitender Überblick.- 1.1. Beobachtung des Rauschens; ein Beispiel.- 1.1.1. Quadratische Mittelwerte für das Rauschen.- 1.1.2. Ursachen für Verstärkerrauschen und für thermisches Widerstandsrauschen.- 1.1.3. Mittelwertbildung und Schwankungen der Beobachtung.- 1.1.4. Vergleich mit der Optik.- 1.2. Historische Bemerkung.- 2. Das thermische Rauschen.- 2.1. Rauschspannungen und Rauschströme in linearen Schaltungen.- 2.1.1. Quellen für das Rauschen eines Widerstandes.- 2.1.2. Serien-und parallelgeschaltete Widerstände.- 2.1.3. R-C-Kreis.- 2.1.4. Der passive Zweipol.- 2.1.5. Resonanzkreise.- 2.1.6. Filterung des Rauschens.- 2.1.7. Resonanzkreise mit zwei Widerständen.- 2.2. Ableitung der Nyquist-Beziehung.- 2.2.1. Gültigkeit des Gleichverteilungssatzes für einen elektrischen Schwingungskreis.- 2.2.2. Thermisch angeregte Eigenschwingungen einer Leitung.- 2.3. Abweichungen vom thermischen Gleichgewicht; Rauschtemperatur eines Zweipols.- 2.3.1. Widerstände mit unterschiedlichen Temperaturen.- 2.3.2. Wärmeübertragung durch Rauschströme.- 2.3.3. Rauschtemperatur eines linearen Zweipols.- 2.4. Das Rauschen von Antennen.- 2.4.1. Strahlungswiderstand einer Dipolantenne.- 2.4.2. Die Dipolantenne als Empfänger für Temperaturstrahlung.- 2.4.3. Hochfrequenzgrenze des thermischen Widerstandsrauschens.- 2.4.4. Die effektive Antennentemperatur.- 3. Der Schrot-Effekt.- 3.1. Die Sättigungsdiode.- 3.1.1. Die Schottky-Beziehung.- 3.1.2. Fragen der Impulsdichte und der Amplitudenverteilung.- 3.1.3. Frequenz-Spektren für Schrot-Rauschen.- 3.1.4. Stromquelle für das Schrot-Rauschen einer Röhre.- 3.1.5. Einfluß der thermischen Elektronengeschwindigkeit.- 3.2. Dioden.- 3.2.1. Die Vakuumdiode im Anlaufgebiet.- 3.2.2. Halbleiterdioden.- 3.2.3. Der Funkel-Effekt.- 3.2.4. Schwächung durch Raumladung.- 3.3. Verstärker-Röhren.- 3.3.1. Die Ersatzschaltung der Triode.- 3.3.2. Das niederfrequente Verhalten der Triode.- 3.3.3. Gitter-Rauschen.- 3.3.4. Stromverteilungsrauschen.- 3.4. Stromrauschen.- 3.4.1. Definition des Stromrauschens.- 3.4.2. Die Stoffgröße ? (f).- 3.4.3. Ein einfaches Modell für das Rauschen von Halbleitern.- 3.4.4. Das 1/f-Rauschen als Volumeneigenschaft.- 3.4.5. Der Bolometer-Effekt.- 3.5. Transistoren.- 3.5.1. Schrot-Rauschen des Flächentransistors.- 3.5.2. Beschreibung durch Stromquellen.- 3.5.3. Rauschzahl.- 3.5.4. Feldeffekt-Transistor.- 3.6. Rauschen von Ferromagnetika.- 3.6.1. Magnetisierungsvorgänge und Verlustmechanismen.- 3.6.2. Nyquist-Rauschen.- 3.6.3. Barkhausen-Rauschen.- 3.6.4. Abschätzung des Barkhausen-Rauschens.- 3.6.5. Deutung eines Spektrums.- 3.7. Rückblick und Vergleich.- 3.7.1. Kennzeichen des Schrot-Rauschens.- 3.7.2. Das 1/f-Spektrum.- 4. Die thermische Unruhe elektromechanischer Systeme; corpus-culare Behandlung des thermischen Rauschens.- 4.1. Die Brownsche Bewegung des Galvanometers.- 4.1.1. Die elektrische Ersatzschaltung.- 4.1.2. Schwankungserscheinungen im Zustand des thermischen Gleichgewichts.- 4.1.3. Grenzempfindlichkeit und Abweichung vom thermischen Gleichgewicht.- 4.2. Betrachtungen aus der kinetischen Gastheorie.- 4.2.1. Die Nyquist-Beziehung für die Schwankungen eines Torsionspendels.- 4.2.2. Corpusculare Behandlung des thermischen Rauschens eines metallischen Leiters.- 4.2.3. Grenzen für die Verwendbarkeit der Nyquist-Beziehung.- 4.3. Das Rauschen von Mikrophonen.- 4.3.1. Thermische Unruhe einer Membran.- 4.3.2. Die elektrische Rauschspannung des Mikrophons.- 4.3.3. Der piezoelektrische Wandler.- 5. Das Rauschen von Vierpolen.- 5.1. Übertragung von Rauschspannungen durch lineare Vierpole.- 5.1.1. Übertragung von Signalen.- 5.1.2. Transformation der Autokorrelationsfunktion.- 5.1.3. Transformation des Leistungsspektrums.- 5.1.4. Korrelation zwischen Eingangs-und Ausgangsrauschen.- 5.1.5. Überlagerung von Rauschspannungen.- 5.1.6. Spezielle Vierpole.- 5.2. Das Eigenrauschen linearer Vierpole.- 5.2.1. Die Vierpolgleichungen.- 5.2.2. Ersatzquellen für das Eigenrauschen.- 5.2.3. Transformation der Ersatzquellen.- 5.2.4. Berechnung von Leistungsspektren aus den Ersatzquellen.- 5.2.5. Die Rauschzahl linearer Vierpole.- 5.2.6. Rauschanpassung.- 5.3. Rauschen gekoppelter Vierpole.- 5.3.1. Ersatzschaltungen.- 5.3.2. Rauschzahl gekoppelter Vierpole.- 6. Die Messung von Frequenzspektren.- 6.1. Leistungsspektren.- 6.1.1. Aufbau eines Spektrometers.- 6.1.2. Eichung.- 6.1.3. Statistische Schwankungen der Anzeige.- 6.2. Kreuzspektren.- 6.2.1. Aufbau eines Korrektors.- 6.2.2. Statistische Schwankungen der Anzeige.- 6.2.3. Messung kleiner Rauschleistungen mit einem Korrelator.- 7. Mathematische Hilfsmittel.- 7.1. Begriffe und Sätze der Wahrscheinlichkeitsrechnung und der Theorie der stochastischen Prozesse.- 7.1.1. Der stochastische Prozeß.- 7.1.2. Zufällige Variable, Verteilungsfunktionen, Wahrscheinlichkeitsdichten.- 7.1.3. Verbundwahrscheinlichkeiten, bedingte Wahrscheinlichkeiten.- 7.1.4. Statistische Unabhängigkeit und Abhängigkeit.- 7.1.5. Mittelwerte, Momente.- 7.1.6. Kovarianz, Autokorrelationsfunktion, Kreuzkorrelationsfunktion.- 7.1.7. Autokorrelationsfunktion linearer Systeme.- 7.1.8. Charakteristische Funktion.- 7.2. Spezielle stochastische Prozesse.- 7.2.1. Stationärer Prozeß.- 7.2.2. Ergodischer Prozeß.- 7.2.3. Markoff-Prozeß.- 7.2.4. Poisson-Prozeß.- 7.2.5. Gauß-Prozeß.- 7.3. Frequenzspektren.- 7.3.1. Leistungsspektrum.- 7.3.2. Kreuzspektrum.- 7.3.3. Leistungsspektrum des Poisson-Prozesses.- 7.3.4. Leistungsspektrum für statistisch abhängige Impulsfolgen.- 7.4. Einige wichtige Verteilungen.- 7.4.1. Binomische Verteilung.- 7.4.2. Poisson-Verteilung.- 7.4.3. Eindimensionale Gauß-Verteilung.- 7.4.4. Mehrdimensionale Gauß-Verteilung.- 7.4.5. Aus der Gauß-Verteilung abgeleitete Verteilungen.- Literatur.- Namen- und Sachverzeichnis.