我們所說的電阻噪聲通常指的電阻的熱噪聲,就算這個(gè)電阻兩端沒有連接到電路中,沒有電流流過電阻,電阻兩端也會(huì)有電壓變化,雖然這個(gè)電壓變化非常小,但是確實(shí)是真實(shí)存在的,這個(gè)電壓波動(dòng)就是電阻熱噪聲,在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi),電阻的熱噪聲可以認(rèn)為是白噪聲。熱噪聲是由導(dǎo)體中電子的熱震動(dòng)引起的,它存在于所有電子器件和傳輸介質(zhì)中,它是溫度變化的結(jié)果,不受頻率變化的影響。熱噪聲是不能夠消除的。熱噪聲是由導(dǎo)體內(nèi)電子密度的熱波動(dòng)引起的。奈奎斯特公式中給出了熱噪聲的計(jì)算方法,如下:
R:電阻阻值
k:玻耳茲曼常數(shù),k=1.380649×10?23 J/K(負(fù)23次方)
T:熱力學(xué)溫度,即,絕對(duì)溫度,單位開爾文。
B:頻率帶寬
計(jì)算舉例
R = 20K
T = 293.15K=20 °C
B = 1000Hz
帶以上公式可得V = 569×10?9V = 569nV,這個(gè)數(shù)值代表電阻總會(huì)有569納伏的波動(dòng)。我們都知道熱力學(xué)溫度和攝氏度的換算公式(T = 273.15 + t (℃)),溫度變化不過是幾十度,對(duì)奈奎斯特公式影響不大,在其它參數(shù)不變的情況下,溫度升高至50攝氏度,計(jì)算電阻熱噪聲為V = 597.4nV,影響不大。但是電阻阻值的變化對(duì)噪聲影響就很大了,同樣其它參數(shù)不變,電阻更換為50K后,V = 899.7nV,噪聲增大了很多。通常情況下,金屬膜電阻產(chǎn)生較低的熱噪聲,炭膜電阻產(chǎn)生較高的熱噪聲。
一定要使用小電阻嗎?
上面分析過了,相同條件下電阻越大,熱噪聲越大,我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)一定要采用小電阻嗎?答案是,不一定。要看什么應(yīng)用場景。當(dāng)我們?cè)谑褂眠\(yùn)放放大微弱信號(hào)時(shí),由于信號(hào)比較微弱,必須采用比較大的放大倍數(shù),甚至要多級(jí)放大,如果保持放大倍數(shù)不變,等比例縮小電阻,會(huì)有比較好的信噪比,這是因?yàn)楸苊饬藷嵩肼暤姆糯蟆.?dāng)然電阻不是越小越好,太小了反而影響了運(yùn)放工作,根據(jù)實(shí)際需要選擇。
當(dāng)我們采用以下電路采集電路電流的時(shí)候,適當(dāng)?shù)脑龃蟛蓸与娮瑁瑫?huì)顯著提高電阻兩端的電壓,雖然電阻變大了,熱噪聲也隨之變大了,但是由于電阻很小熱噪聲帶來的影響也非常小,運(yùn)放的輸入電壓比較大,運(yùn)放的放大倍數(shù)也可以降低,放大倍數(shù)降低,也會(huì)減小對(duì)雜散噪聲的放大。換句大白話就是,增大電阻使采樣電壓變大帶來的好處,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱噪聲變大帶來的壞處。適當(dāng)?shù)卦龃蟛蓸与娮瑁谝欢ǔ潭壬夏軌蛱岣唠娐沸旁氡取.?dāng)然過大的采樣電阻,會(huì)對(duì)被采樣電路有影響,采樣電阻帶來的電壓損失越大,因此根據(jù)實(shí)際情況選擇。
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