原文來自原創書籍《硬件設計指南 從器件認知到手機基帶設計》:
電阻是我們最早接觸的基礎元件,初中的課本中就有電阻的介紹,圖1-20 展示了常見的貼片電阻、熱敏電阻和直插/色環電阻,色環電阻可以通過電阻的色環顏色來讀取電阻值。我們初中就學習過電阻相關內容,后來我們常聽說電阻具有噪聲,那么電阻的噪聲是從哪里來的呢?
電阻的噪聲通常指的熱噪聲(也叫約翰遜噪聲),特點是哪怕電阻沒有連接到電路中、哪怕沒有電流流過電阻,電阻兩端也會有電壓變化,這就是電阻熱噪聲,在系統工作帶寬范圍內,電阻的熱噪聲可以認為是白噪聲(或叫做寬帶噪聲),電阻兩端開路時,它的熱噪聲有效值(均方根值)的計算公式是(1-4):
圖 1-20 各類電阻
其中,k是玻爾茲曼常數,k=1.38*10-23J/K,T是開爾文熱力學溫度,R是電阻值,B是系統等效噪聲帶寬。
舉例說明:
當溫度是27℃(300開爾文)時,10KΩ的電阻,在100KHz帶寬電路中,電阻兩端的開路熱噪聲電壓有效值是4uV;相同環境下,如果電阻是20KΩ,則熱噪聲電壓有效值是5.8uV。根據公式我們可以看出來,電阻越大,噪聲也越大,噪聲隨著電阻阻值的增加而增加,我們的放大電路中很少用大電阻的原因之一就是為了降低噪聲。同樣的,噪聲也與溫度有關,然而噪聲對溫度并不敏感,因為公式中是熱力學溫度,當溫度變化為十幾或幾十攝氏度時,對噪聲的影響并不是很大。比如上面例子中,17℃和27℃下,電阻兩端的噪聲基本差別不大。
然而在使用電阻測量電流的應用中(電流流過電阻,測量電阻兩端的電壓,電壓除以電阻值即得到電流值),增加電阻反而會提高電流采集的準確性,這是因為電阻越大的話,電流流過電阻產生的電壓也越大,這會提高電流檢測的靈敏度,而如果電阻太大,那么電阻上分擔的電壓也就大,使得電阻后面的系統分擔的電壓低,這就需要工程師去仔細權衡。
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審核編輯 黃宇
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