噪声的来源与特点

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1、8.2噪声的来源与特点8.2.1电阻热噪声电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下受到热激发后，在导体内部作无规则的运动（热骚动）而相互碰撞，两次碰撞之间行进时，就产生一持续时间很短的脉冲电流。许多这样的随机热骚动的电子所产生的这种脉冲电流的组合，就在电阻内部形成了无规律的电流。在一足够长的时间内，其电流平均值等于零，而瞬时值就在平均值的上下变动，称为起伏电流。8.2.1电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动而产生的。起伏电流：起伏电流流经电阻时，电阻两端就会产生噪声电压和噪声功率。常以表示噪声的电压功率谱密度，表示噪声的电流功率谱密度。理论和实践证明，当

2、温度为T（K）时，阻值为的电阻所产生的噪声电压功率谱密度和噪声电流功率谱密度分别为8.2.1在频带宽度B内产生的热噪声电压均方值和电流的均方值分别为以上各式中，为玻耳兹曼常数（SoltzmannConstant）=1.38×；为热力学温度，单位为。因此，噪声电压或电流的有效值为为便于运算，把电阻R看作一个噪声电压源（或电流源）和一个理想无噪声的电阻串联（或并联），如图8.2.1所示。8.2.1当实际电路中包含多个电阻时。每一个电阻都将引入一个噪声源。一般若有多个电阻并联时，总噪声电流等于各个电导所产生的噪声电流的均方值相加，如图8.2.2(a)；若有多个电

3、阻串联时，总噪声电压等于各个电阻所产生的噪声电压的均方值相加，如图8.2.2(b)。例8.2.1试求两个处于相同温度的电阻和并联后，在频带内的总均方值噪声电压。解：先利用电流源进行计算。由于和是并联的，因此将它们分别用电流源噪声等效电路表示，如图8.2.3所示。在频带宽度B内产生的热电流的均方值为8.2.1因此所以再利用图8.2.4所示的电压源进行计算。8.2.1在输出端口所产生的噪声电压均方值为所以显然，两种计算方法得到的结果是相同的。8.2.1在输出端口所产生的噪声电压均方值为对于LC并联谐振电路，所产生的噪声电压均方值为式中，为谐振电路的谐振电阻。对

4、图8.2.5(a)所示的电路来说，损耗电阻所产生的噪声电压均方值为在回路谐振时，折算到ab两端的电压均方值为得到如图8.2.5(b)所示的等效电路。8.2.1（2）如果网络中的电阻处于不同的温度或是受不同带宽的限制，只能按均方叠加法则即功率相加原则进行计算；8.2.1总结以上分析得到如下结论：（1）对处于相同温度的电阻所构成的网络，无论是串联还是并联，总的均方值噪声电压等于网络总电阻所产生的均方值噪声电压；（3）纯电抗元件既不消耗功率也不产生热噪声，实际的电抗元件一般都含有电阻成份，也与普通电阻一样产生热噪声。8.2.2晶体三极管的噪声和电阻一样，在晶体管

5、中，电子不规则的热运动同样会产生热噪声。发射极和集电极电阻的热噪声一般很小，可以忽略。因此这类由电子热运动所产生的噪声，主要存在于基极电阻内，其噪声电压的均方值为一、热噪声（ThermalNoise）它是由单位时间内通过PN结载流子数目的随机起伏而造成的。式中为流过PN结的电流，为电子电荷量。由于晶体三极管的发射结正偏，所以散粒噪声主要决定于发射极工作电流，其噪声电流的均方值为二、散粒噪声（ShotNoise）散粒噪声的大小与晶体管的静态工作点电流有关，其功率谱密度为散粒噪声是晶体管的主要噪声源。分配噪声本质上也是白噪声。但由于渡越时间的影响，当晶体管的工

6、作频率高到一定值后，这类噪声的功率谱密度将随频率的增加而迅速增大。8.2.2三、分配噪声（DistributionNoise）分配噪声只出现在晶体三极管内。分配噪声就是集电极电流随基区载流子复合数量的变化而变化所引起的噪声。亦即由发射极发出的载流子分配到基极和集电极的数量随机变化而引起。理论和实践表明，分配噪声可用晶体管集电极电流的均方值表示为式中，是三极管集电极静态电流；是低频时共基极电流放大系数；是高频时共基极电流放大系数。其值为式中为共基极晶体管截止频率；为晶体管工作频率。显然是频率的函数。8.2.2四、噪声[或称闪烁噪声（FlickerNoise）

7、]噪声产生的原因目前尚有不同见解。，它与半导体材料制作时表面清洁处理和外加电压有关。8.2.2所以晶体管的分配噪声不是白噪声，它的功率谱密度随工作频率的变化而变化。频率越高，噪声越大。8.2.3场效应管的噪声散粒噪声是由栅极内的电荷不规则起伏所引起的噪声。对结型场效应管来说，则由通过PN结的漏电流引起的噪声电流均方值为式中为栅极漏泄电流。8.2.3场效应管的噪声也有四个来源：一、散粒噪声二、沟道内的电子不规则热运动所引起的热噪声场效应管的沟道电阻由栅极电压控制。因此沟道电阻中载流子的热运动也会产生热噪声，它可用一个与输出阻抗并联的噪声电流源来表示：式中，为

8、场效应管的跨导。三、漏极和源极之间的等效电阻噪声在漏极和源极之间，