在工業(yè)與自然界中,存在著各種干擾源(噪聲源),如大功率電力電子器件的接入、大功率用電設(shè)備的開(kāi)啟與斷開(kāi)、雷擊閃電等都會(huì)使空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生有序或無(wú)序的變化,這些都是干擾源(或噪聲源)。這些源產(chǎn)生的電磁波或尖峰脈沖通過(guò)磁、電耦合或是通過(guò)電源線等路徑進(jìn)入放大電路,各種電氣設(shè)備,形成各種形式的干擾。下面是幾種比較典型干擾對(duì)信號(hào)波形的影響。
干擾源有來(lái)自電子系統(tǒng)的外部,也存在在電路和電子系統(tǒng)內(nèi)部。如電子器件內(nèi)部由于物理因素產(chǎn)生的電流或電壓噪聲,是電路內(nèi)部存在的雜散信號(hào),如圖:
這些信號(hào),不能用屏蔽或合理接地等方法加以消除。這種系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲往往成為測(cè)量精度的制約因素。如傳感器本身噪聲,決定傳感器的分辨率;放大器輸入為零(短路)時(shí)的噪聲大小就限制了放大器能檢測(cè)微弱信號(hào)的能力;在測(cè)控系統(tǒng)中,隨機(jī)噪聲還會(huì)造成誤輸出或誤動(dòng)作。所以,干擾和噪聲是弱信號(hào)檢測(cè)、放大中必須重示的問(wèn)題,信號(hào)/噪聲比(s/n)是放大電路中一個(gè)十分重要的指標(biāo)。
1. 熱噪聲—由導(dǎo)體中的載流子隨熱運(yùn)動(dòng)而引起
載流子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)造成電流大小的波動(dòng),該波動(dòng)電流在導(dǎo)體兩端形成的電位差稱為噪聲熱電壓。一個(gè)阻值為r的電阻器(包括晶體管的體電阻、溝導(dǎo)電阻等)在bw帶寬內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓的大小可用下式表示:
其中k是玻耳茲曼常數(shù),t 是絕對(duì)溫度電阻熱噪聲的功率譜密度:
2.散粒噪聲
由載流子產(chǎn)生與消失的隨機(jī)性,使參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目發(fā)生波動(dòng),時(shí)多時(shí)少,引起電流的瞬時(shí)漲落,這稱散粒噪聲。是一種電流噪聲。其噪聲電流表示為:
散粒噪聲的功率譜密度:
它屬于白噪聲(其功率譜密度與工作頻率f 無(wú)關(guān)時(shí)稱白噪聲)。
3. 低頻噪聲(1/f噪聲)
這種噪聲通常存在于晶體管等電子線路中,認(rèn)為是半導(dǎo)體中的載流子在晶體表面的產(chǎn)生與復(fù)合引起,還有待于進(jìn)一步的深入研究。
噪聲電壓為:
功率譜密度: