本文主要是介绍电阻的固有噪声(热噪声),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
电阻的固有噪声是指其自身产生的噪声,包括热噪声和过剩噪声。热噪声亦称白噪声,是由导体中电子的热震动引起的,它存在于所有电子器件和传输介质中。它是温度变化的结果,但不受频率变化的影响。热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布,它是不能够消除的,由此对通信系统性能构成了上限。
热噪声器的热噪声电压可以表示为: R是,T是绝对温度,B是频率带宽,k是玻尔兹曼常数。在一定的温度和阻值之下:
==√4KBRT
R是,T是绝对温度,B是频率带宽,k是玻尔兹曼常数。在一定的温度和阻值之下,就产生了热噪声。
热噪声属于电阻器的本征噪声,无法避免也无法消除。
噪声电压大小与电阻阻值,带宽和温度(开尔文)的平方根成比例关系。我们通常会量化其每1Hz带宽内的噪声,也就是其频谱密度。电阻噪声在理论上是一种“白噪声”,即噪声大小在带宽内是均等的,在每个相同带宽内的噪声都是相同的。
总噪声等于每个噪声的平方和再开平方。我们常常提到的频谱密度的单位是 V/root-Hz 。对于1Hz带宽,这个数值就等于噪声大小。对于白噪声,频谱密度与带宽开方后的数值相乘,可以计算出带宽内总白噪声的大小。为了测量和量化总噪声,需要限制带宽。如果不知道截止频率,就不知道应该积分到多宽的频带。
噪声产生的源头在于电阻的导体中电子热运动,热运动是随机的,一个电子在某个瞬间朝某个方向以速度V飞行(这可以等效为一个电流),当他撞倒某个原子,因为电子质量太轻,被反弹到另外一个方向……如此周而复始。由于电子热运动的自由程很短(自由程的概念参考物理学教材),因此这个电流持续的时间也很短,可以看作是一个电流脉冲,而一个脉冲就可以用数学上的冲击函数来描述。
在导体内部,所有的N个电子都在热运动,综合来看,由热运动产生的导体的电流就是N个电子的冲击函数的叠加,在某个瞬间,朝某个方向的热运动可能略占优势,因此就产生了沿这个方向的负电流(因为电子带负电荷),但是作为一个正态随机过程,从长时间的平均值来看,任何方向都不可能占优势,平均值为0,这就是我们观察到的导体电阻形成的热噪声。
参考文献:
https://www.21ic.com/poc/technical/201712/59174.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/111010370
https://bbs.21ic.com/icview-9867-1-1.html
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