器件原理第八章噪声特性
8_Mixer(第八章)
三阶截点 下变频三 次互调项 IP1dB 射频输入功率
» 混频器在接收机中处于射频信号幅 度最高的位臵，而且许多干扰信号 未得到有效的抑制，因此线性度是 一个非常重要 (甚至是最重要 )的指 标。
» 衡量混频器线性度指标有 1dB压缩点(输入 1dB 压缩点IP1dB，输出 1dB压 缩点OP1dB)和三阶截点(输入三阶截点IIP3，输出三阶截点OIP3)。
1 (n) n f (VQ v1 )v2 n!
» 若v2足够小，可以忽略v2的二次方及其以上各次方项，则上式可简化为
i f (VQ v1 ) f '(VQ v1 )v2 式中 f (VQ v1 ) 和 f '(VQ v1 ) 与v2无关，它们都是v1的非线性函数，随时
其中
f ( n ) (VQ ) 1 d n f (v ) an n n ! dv v V n!
Q
上式可以改写为
i
n! m an v1n m v2 n 0 m 0 m !( n m)!
Z. Q. LI 8
n
第八章
Institute of RF- & OE-ICs
第八章
Z. Q. LI
10
Institute of RF- & OE-ICs
Southeast University
混频的基本原理
线性时变状态
» 将非线性器件的伏安特性 i f (VQ v1 v2 ) 在(VQ+v1)上进行泰勒级数 展开，得
i f (VQ v1 v2 ) f (VQ v1 ) f '(VQ v1 )v2
Institute of RF- & OE-ICs
电路元件的噪声--解决En-In模型的具体形式问题
gm = dIC dV 'e = eIC kT b
(3.1.29-0)
（3）共发电路总噪声系数 <1> 方法：将晶体管所有噪声都化归到输入端，求出其等效 输入噪声均方值，再求 F 等。 <2> 总噪声系数的推导 a、先求输出端短路时，晶体管输出的噪声电流均方值 依等效电路，有
2 2 Ino = Inc + (gmV 'e )2 b
Cb'e ：基极与发射极间结电容， Cb'e ≈ 25pF
；
β
Cce：集电极与发射极间电容， Cce 较小可忽略不计；
α I f：低频噪声电流，其均方值为 I 2 = 2 fl I B ∆ e f f
f
其中
α ≈1~ 2
β =1 ；
1 fl ： f 噪声开始起主导作用时的频率，亦称“拐角频率”， 1 z fl ≤ kH
r +r + R 2 b e s ) α c Z
(3.1.51-1)
F=
2 Eni 2 Ens
=1+
2 Ene 2 Ens
+
2 Enb 2 Ens
2 Enc r + r + R 2 e s + (b ) 2 α c Z Ens
(3.1.51-2)
3、共集状态噪声特性（只给结论、推导过程自学）
r +R 2 b s ) Zc
IB 和集电极电流
IC
起伏引起的霰弹噪声；
IB 流经基极和发射极耗尽区产生的 1 f 噪声。
注意：发射结正偏、集电结反偏
（2）晶体管共发状态噪声等效电路：
r r 图中：rb'e：基极与发射极间电阻，b'e ≈ 98kΩ ， bb' ≈278Ω；
哈工大器件原理 第八章噪声特性
f L ≈ 500 ~ 1200Hz fH = ( rb re G 1+ + + Rg 2 Rg hFE G ( Rg + rb + re ) 2 2 Rg re ) ⋅ fα
1 2
其中， 其中， G =
Rg为信号源内阻， 为信号源内阻， fα 为共基极截止频率
改善噪声特性： 改善噪声特性： 1、降低白噪声区 、 2、提高高频噪声转角频率 、 rb、fα、hFE
第八章 噪声特性
8.1 晶体管的噪声和噪声系数 8.2 晶体管的噪声源 8.3 双极型晶体管的噪声 8.4 JFET与MESFET的噪声特性 与 的噪声特性 8.5 MOSFET的噪声特性 的噪声特性
1
§8.1 晶体管的噪声和噪声系数
一、信噪比 噪声限制了晶体管放大微弱信号的能力。 噪声限制了晶体管放大微弱信号的能力。 噪声叠加在不同的信号上将产生不同程度的影响 为了衡量噪声对信号影响程度而定义信噪比 为了衡量噪声对信号影响程度而定义信噪比 信号， 信号，噪声
q g0 = (I + I R ) kT
p0 p
I = IR (eqV kT −1)
0 n p
IR = A(
qDp p Lp
0 n
+
qD n Ln
)
= A(
0 qDp pn
Lp
+
qDnn0 p Ln
)(eqV kT −1)
12
§8.3 双极型晶体管的噪声
二、散粒噪声与噪声电流 2.晶体管散粒噪声 晶体管散粒噪声
4
§8.2 晶体管的噪声源
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和 噪声 已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声 一、热噪声(Thermal noise) 热噪声 尼奎斯公式 (Nyquist)
半导体器件的噪声分析与抑制
半导体器件的噪声分析与抑制近年来，随着科技的飞速发展，人们对于半导体器件的需求也越来越高。
然而，随之而来的问题是，半导体器件中的噪声也越来越显著。
噪声是指在电子器件工作过程中产生的不希望的信号，它会影响到器件的性能和可靠性。
因此，对于半导体器件的噪声分析与抑制显得至关重要。
噪声分析是首要的步骤。
在半导体器件中，噪声主要来自于器件结构上的随机扰动以及电流和电压的涨落。
其中，热噪声是最常见的一种噪声，它来自于器件的温度，通常用单位带宽噪声电压密度（nV/Hz^0.5）来衡量。
当然，除了热噪声之外，还有其他噪声源，比如亚米噪声、脉冲噪声等。
这些噪声源的分析对于了解器件的性能和工作原理非常重要。
为了减少噪声对半导体器件的影响，需要进行噪声抑制的方法研究。
首先，我们可以通过改进器件结构来抑制噪声。
例如，在MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）中，通过增加栅氧化层的厚度，可以减少栅氧化层中的缺陷和介质噪声。
此外，还可以通过改变金属线的宽度和间距来减小金属线本身的电阻噪声。
其次，噪声抑制还可以通过优化电路设计来实现。
例如，针对前置放大器这一常见的电路，可以采用差模输入来降低共模噪声；对于功放电路，可以采用电流源和负反馈来减小噪声。
此外，通过合理选择工作点和增加偏置电流，也可以有效地抑制噪声。
除了改进结构和电路设计之外，选择合适的材料也可以减少噪声。
比如，在半导体器件中，硅材料是常用的材料之一，但是它的噪声相对较高。
而通过使用氮化硅等低噪声材料，可以明显降低器件中的噪声。
此外，还可以通过信号处理和滤波器设计来抑制噪声。
在信号处理的过程中，可以使用滤波器技术来滤除噪声。
常见的滤波器包括低通滤波器、带通滤波器和陷波滤波器等。
这些滤波器可以根据具体的实际情况进行选择和设计，以实现最佳的噪声抑制效果。
总之，半导体器件的噪声分析与抑制是一个复杂而重要的问题。
通过对噪声源进行分析，并采取相应的结构改进、电路设计、材料选择和信号处理方法，才能有效地减少噪声对器件性能的影响。
第八章噪声控制基本原理与方法2
确定降噪量
确定噪声控制方案 施工设计 安装施工 减噪效果鉴定
评
价
降噪效果、投 资多少，对正常工作的影响
考试安排
第八周 周五（10月30日）3-4节，在教学馆210室进行 课程开卷考试。望周知。 要求如下： 1）和以往考试一样，两个班级在室内两侧分开做。班 级内学生务必按照学号先后顺序（到时候会现场签写登 记考试人员）在上课时间前做好，以免影响正常考试时 间。 2）考试时间10:00-12:00 3）禁止携带和使用手机、笔记本、平板电脑等电子或 通讯工具，无需计算器； 4）可以携带打印材料或书籍等考试相关材料； 5）其他纪律要求与以前考试同，不再重复。
3.个体防护
①耳塞②耳罩③防声头盔
（三）噪声控制工作程序
噪声控制工作应当在工厂、车间和机器安装前对噪声进行预测， 根据预测的结果和允许标准，确定减噪量，选定合适的噪声控 制措施，在建厂和机器安装的同时进行噪声控制措施的施工。 对已经投产的工厂，所存在的噪声间，因受现场条件的限制，噪 控有不少困难，常常仅是采取一些补救措施。 具体噪声控制程序如下图所示。
2. 在传播途径上降低噪声 在声源上减噪仍不能达标者，则可在传播途径上采取措施 ①总体布局合理 实行“闹静分开”的设计原则，缩小噪声的干扰范围。 如：高噪声厂房应集中布置；高噪声区与低噪声区分开；要求 安静的全厂性的建筑物（如办公大楼）应集中布置在厂前区； 高噪声区应远离厂前区布置，布置在安静区的下风侧；工业区 与居住区应有1.5km的防噪距离。 ②利用声源的指向性，合理布置声源与建筑物的位置 ③利用天然地形，如屏障、丘陵、土坡、森林等，把声源与人经 常活动的处所分开 ④利用声压级随距离衰减的规律，合理布局建筑物 ⑤其他措施，如隔声、吸声等
LW 10lg N k c
噪声控制技术-隔声
/N·m-2
/㎏·m-3
/㎏·（N·m）-1
铝
7.15×1010
2.7×103
0.38×10-7
铸铁
8.8×1010
7.8×103
0.89×10-7
钢
19.6×1010
7.8×103
0.40×10-7
铅
1.67×1010
11.3×103
6.77×10-7
砖
2.45×1010
1.8×103
0.73×10-7
35 39
150mm厚加气混凝土砌块墙双面粉刷
175
28 36 39 46 54 55
43 43
表 一些常用单层隔声墙的隔声量
第八章 噪声控制技术——隔声
隔声概述
隔声间
单层匀质墙的隔声性能
隔声罩
多层墙的隔声特性
隔声屏
多层墙的隔声特性
(二)多层复合板隔声
解：
【例】某隔声间有一面25m2的墙与噪声源相隔，该墙透声 系数为10-5；墙上开一面积为3m2的门和一面积为4m2的窗，其 透声系数均为10-3，求此组合墙的平均隔声量。
为计算方便,仅考虑组合墙由两种不同隔声性能的构件组成的情况, 此时 对应的隔声量为
的关系为
按“等透射量”原则， ，墙与门(窗)的隔声量 、
03
添加标题
双层墙的共振频率及其隔声量的实际估算
04
图 双层墙隔声特性
2.双层墙的隔声特性曲线
c—满铺吸声材料
b—有少量吸声材料
d—双层墙隔声量
a—无吸声材料
e—单层墙隔声量
共振频率
吻合频率
2.双层墙的隔声特性曲线
通信原理-----噪声
通信原理-----噪声通信原理-----噪声噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。
噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。
它分为加性噪声和乘性噪声，乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。
在这里我们主要讨论加性噪声。
一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面：1 人为噪声人为噪声来源于无关的其它信号源，例如：外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等2 自然噪声自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱范围很宽，并不像无线电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。
3 内部噪声内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动和半导体中载流子的起伏变化等。
内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。
在数学上可以用随即过程来描述这种噪声，因此又称随机噪声。
随机噪声的分类常见的随机噪声可分为三类:（1）单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），它可视为一个已调正弦波，但其幅度、频率或相位是事先不能预知的。
这种噪声的主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置可以实测。
因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都存在。
(2)脉冲噪声脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。
这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。
从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱（从甚低频到高频），但频率越高，其频谱强度就越小。
脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。
数据传输对脉冲噪声的容限取决于比特速率、调制解调方式以及对差错率的要求。
脉冲噪声由于具有较长的安静期，故对模拟话音信号的影响不大,脉冲噪声虽然对模拟话音信号的影响不大，但是在数字通信中，它的影响是不容忽视的。
微电子器件的噪声特性研究与降噪方法
微电子器件的噪声特性研究与降噪方法噪声是微电子器件中一个不可避免的问题，它对电路的性能和可靠性有着重要的影响。
因此，研究和降噪方法成为微电子器件设计和制造过程中的重要课题。
本文将探讨微电子器件的噪声特性研究以及常见的降噪方法。
一、噪声特性研究微电子器件的噪声可大致分为两类：内部噪声和外部噪声。
内部噪声是由于器件自身的结构和工作原理引起的，例如热噪声和亚米粒子噪声。
外部噪声则是来自于环境和其他电路的干扰。
1. 热噪声热噪声是由于器件内部电子的热运动引起的。
它与温度成正比，温度越高，热噪声越大。
热噪声是一种宽谱噪声，其功率密度与频率成正比。
研究热噪声的特性可以通过测量和分析器件的功率谱密度来实现。
2. 亚米粒子噪声亚米粒子噪声是由于电子，特别是载流子的随机撞击产生的。
它与电流的大小成正比。
亚米粒子噪声对于微电子器件来说是很重要的，特别是在低电流和小面积器件中。
它的功率谱密度与频率成反比关系。
3. 环境噪声环境噪声包括来自电源、通信系统和其他电子设备的干扰。
这些干扰信号往往具有特定的频谱特性，可以通过滤波器和屏蔽来减小其对微电子器件的影响。
二、降噪方法为了降低噪声对微电子器件性能的影响，人们开发了各种降噪方法。
以下是一些常见的降噪方法：1. 降低温度由于热噪声与温度成正比，因此降低器件的工作温度可以减小热噪声的影响。
这可以通过使用低温材料和制冷技术来实现。
例如，超导电路在低温下可以实现零电阻，从而降低热噪声的影响。
2. 优化器件结构优化器件的结构可以降低亚米粒子噪声的影响。
例如，通过调整器件的结构参数和优化接触电阻和载流子迁移率等因素，可以减小亚米粒子噪声引起的电流涨落。
3. 布局和屏蔽合理的布局设计和良好的屏蔽设计可以减小外部环境噪声对器件的影响。
通过将敏感部分和噪声源分离，并采用合适的屏蔽材料和技术，可以有效地降低外部噪声的干扰。
4. 信号处理技术信号处理技术可以对噪声信号进行滤波和去噪，从而减小噪声对微电子器件的影响。
哈工大器件原理第八章噪声特性
沟道电位的变化引起反型层电荷的相应变化量，通过栅-沟道电容的耦合，引起栅电极上等量的电荷变化量，对这些电荷的充放电电流形成栅极回路的噪声电流。
添加标题
栅噪声电流随频率上升而增大。
添加标题
二、诱生栅极噪声
*
§8.5 MOSFET的噪声特性
*
为输入端电导
噪声系数 硅JFET和MESFET的中、高频噪声系数为 将A=1时对应的频率定义为噪声系数截止频率，fnc
*
§8.4 JFET与MESFET的噪声特性
三、微波GaAs MESFET的噪声性能
1、衡量GaAs MESFET噪声性能的经验公式
由于： ①GaAs中热电子温度随场强变化剧烈 ②沟道中速度饱和区较长，要考虑其 中的强场扩散噪声 ③肖克莱沟道夹断模型不适用，需用 速度饱和模型分析计算整个沟道中 的电场、电位分布和电流-电压特性 故，微波GaAsMESFET的噪声特性不同于硅FET。
*
§8.4 JFET与MESFET的噪声特性
二、JFET的噪声性能
1、低频噪声性能
等效噪声电阻Rn: 实际测量噪声电压(均方值)含有各种成分，同时不同样品电阻不同。统一用等效电阻来比较，即用热噪声的电阻来等效比较噪声水平
①低频噪声（噪声等效电阻）与器 件的几何形状密切相关 ②与复合中心密度、能级、俘获几率有密切关系 说明低频噪声以栅结势垒区复合中心的产生-复合噪声为主。
02
噪声系数也可用分贝表示
03
晶体管自身噪声相当大。例3AG47, NF<6db, F=4 输出噪声功率中75%来自于晶体管本身。
04
*
§8.2 晶体管的噪声源
一、热噪声(Thermal noise)
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声
ktc噪声原理
ktc噪声原理KTC噪声原理引言：在电子设备中，噪声是不可避免的，它会对设备的性能和信号质量产生影响。
而KTC噪声原理是一种常见的噪声源，本文将对KTC噪声的原理进行详细介绍。
1. KTC噪声的定义KTC噪声指的是由于半导体材料中的热激发导致的噪声。
在半导体器件中，由于温度引起的电子运动会产生噪声，这种噪声被称为热噪声。
KTC噪声是其中一种常见的热噪声。
2. KTC噪声的来源KTC噪声的产生源于半导体材料中的载流子运动。
在室温下，半导体材料内部的电子会随机地进行热运动，这种运动会导致电子在材料中形成电流。
而这种电流的随机性会引起电压的波动，从而产生噪声。
3. KTC噪声的特性KTC噪声的特性主要包括频谱分布和功率谱密度两个方面。
3.1 频谱分布KTC噪声的频谱分布呈现出较宽的带宽特性。
在低频范围内，KTC噪声的幅度较高；而在高频范围内，噪声的幅度会逐渐降低。
3.2 功率谱密度KTC噪声的功率谱密度与频率成反比关系。
随着频率的增加，KTC 噪声的功率谱密度会逐渐下降。
4. KTC噪声的影响KTC噪声对电子设备的性能和信号质量产生重要影响。
首先，KTC 噪声会增加电子设备的误差，降低设备的精确度和可靠性。
其次，KTC噪声会干扰信号的传输，降低信号的清晰度和准确性。
此外，KTC噪声还会对电子设备的灵敏度和动态范围产生影响。
5. KTC噪声的控制方法为了降低KTC噪声对电子设备的影响，可以采取以下控制方法：5.1 降低温度KTC噪声与温度密切相关，降低温度可以减少KTC噪声的幅度和功率谱密度。
5.2 优化器件结构通过优化器件的结构设计，可以减少载流子运动的影响，从而降低KTC噪声的产生。
5.3 使用低噪声材料选择低噪声材料可以减少载流子运动带来的噪声。
5.4 信号处理技术采用适当的信号处理技术可以在一定程度上抑制KTC噪声对信号的影响。
6. 结论KTC噪声是电子设备中常见的噪声源之一，它由半导体材料中的载流子运动引起。
大神带你读懂运放手册之噪声篇
⼤神带你读懂运放⼿册之噪声篇1.⼀个有趣的问题？2 个 1kΩ电阻串联，与 1 个 2kΩ电阻噪声⼀致吗？ 2 个 500Ω电阻并联，与 1 个 2kΩ电阻噪声⼀致吗？2.噪声的基本特性1）它的波形在任意时刻都是不确定的，因此它是⼴谱的，有低频也有⾼频； 2）它的幅度⼜是有限制的，这与数学上的⾼斯分布近似但不完全⼀致；具有短时波形性以及长期稳定性。
3）它具有⽆限积分趋零性。
3.怎么衡量噪声的⼤⼩？1）有效值：有效值Urms是对波动电压⼤⼩的描述，⽽电功率EP是对波动电压可能做功⼤⼩的描述，它们都与负载是否接⼊毫⽆关系。
2）独⽴信号的有效值不能直接相加，电功率具有可加性。
3）噪声总有效值计算的核⼼思路各个频率处的电功率密度，组成了电功率随频率变化的曲线——电功率密度曲线，单位是。
称为噪声电压密度。
4.简单的运放噪声模型运放噪声⼀般分为两类：⼀类为 1/f 噪声，其电功率密度曲线随着频率的上升⽽下降；⼀类为⽩噪声，或者叫平坦噪声，其电功率密度曲线是⼀条直线，与频率⽆关。
1/f噪声电压密度及有效值计算⽩噪声电压密度及有效值计算C和K值的确定K值直接从图中最⼤频率处读出，为9.5nV 132=C2/1000 + 9.52 得到：C=280nV 0.1Hz-10Hz噪声计算5.完整运放的噪声计算1）获得等效带宽 fb，确定 fa，⼀般是 0.1Hz 。
2）根据前述⽅法，结合带宽计算运放等效输⼊噪声电压 UN_I； 3）结合带宽计算各个电阻的热噪声 UN_Ri； 4）查找数据⼿册，获得等效输⼊电流噪声的关键参数 CI 和 KI，结合带宽计算等效输⼊电流噪声 IN_1 和IN_2； 5）以上述 3 类共 7 个源，分别计算在输出端的结果， m 代表不同的源。
其中上标 O 代表该噪声源在运放输出端呈现的噪声电压有效值。
6）对各个实施平⽅式叠加，最终输出噪声为1）获得等效带宽 fb，确定 fa，⼀般是 0.1Hz 。
光电二极管的噪声特性及其影响
光电二极管的噪声特性及其影响在当今的科技世界中，光电二极管作为一种重要的光电器件，广泛应用于通信、测量、成像等众多领域。
然而，要充分理解和有效地利用光电二极管，就不能忽视其噪声特性以及这些特性所带来的影响。
光电二极管的噪声主要来源于多个方面。
首先是散粒噪声，这是由于光子的离散性以及电流的量子特性导致的。
当光子撞击光电二极管并产生电子空穴对时，其数量的随机波动就会引起散粒噪声。
简单来说，就好比往一个容器里扔豆子，每次扔的豆子数量不可能完全相同，这种不确定性就产生了散粒噪声。
其次是热噪声，也被称为约翰逊噪声。
它是由载流子的热运动引起的。
在任何导体中，即使没有外加电压，载流子也会因为热运动而产生随机的电流波动，这就是热噪声。
想象一下在一个热闹的集市里，人们无规则地走来走去，这种混乱的运动就类似于载流子的热运动产生的噪声。
还有一种噪声是产生复合噪声，这与半导体材料中的载流子产生和复合过程有关。
当载流子的产生和复合不是完全均匀和稳定时，就会引入这种噪声。
可以把它想象成一个不断有新成员加入和老成员离开的团队，如果这个过程不稳定，就会带来混乱和不确定性。
这些噪声特性对光电二极管的性能产生了多方面的影响。
在通信领域，噪声会降低信号的质量，导致误码率增加。
比如说，我们在通过光纤进行高速数据传输时，光电二极管接收到的光信号可能会因为噪声的存在而变得模糊不清，就像在嘈杂的环境中听不清对方说话一样，从而使传输的数据出现错误。
在测量领域，噪声会限制测量的精度和分辨率。
例如，在测量微弱的光信号时，噪声可能会掩盖真正的信号，使得我们难以准确地获取所测量的物理量。
这就好比在一个天平上称一个非常轻的物体，而天平本身的晃动（噪声）会让我们无法精确读出物体的重量。
在成像应用中，噪声会使图像变得模糊、出现斑点或者降低对比度。
想象一下在拍摄星空的照片时，由于光电二极管的噪声，原本应该清晰的星星可能会变得暗淡或者出现一些奇怪的亮点，从而影响整个图像的质量。
什么是电子元件的噪声如何选择适当的噪声水平
什么是电子元件的噪声如何选择适当的噪声水平什么是电子元件的噪声？如何选择适当的噪声水平电子元件的噪声是指在电子设备或系统中产生的各种干扰信号，它对电路的性能和精度有着重要影响。
在实际应用中，为了保证电子设备的正常工作，我们需要选择适当的噪声水平。
本文将介绍电子元件的噪声及其对系统的影响，并提供选择噪声水平的几个关键要点。
一、电子元件的噪声在电子元件中，噪声可以来源于多个因素，如电源噪声、器件本身的噪声、温度噪声等。
其中最为常见的噪声包括热噪声、1/f 噪声和白噪声。
1. 热噪声：也称为约瑟夫逊噪声，是由于电子元件内部的热激励导致的噪声。
根据热噪声公式，噪声功率与电阻值成正比，并与温度、带宽有关。
热噪声的频谱分布是平坦的，因此在设计电子系统时必须参考该噪声水平。
2. 1/f 噪声：该噪声的特点是随频率减小而增加，也称为低频噪声。
1/f 噪声广泛存在于电子元件和系统中，如晶体管、放大器等。
它对信号的宽带性能有较大影响，因此在适用性和性能要求高的电路中需要进行衡量和控制。
3. 白噪声：该噪声具有均匀分布的频谱特性，即各频率成分的能量相同。
白噪声在通信系统中具有重要作用，但在其他应用中需要根据噪声功率谱密度对其进行限制。
二、如何选择适当的噪声水平选择适当的噪声水平应综合考虑电子设备的应用和性能要求。
下面是几个关键要点来帮助您选择合适的噪声水平。
1. 设备应用：首先需要明确电子设备的具体应用领域。
不同的应用场景对噪声水平的要求不同。
例如，对于通信系统和无线电设备来说，噪声必须尽可能低，以保证信号传输的可靠性。
而对于一些大功率设备或低频率应用来说，噪声水平的要求可能相对较低。
2. 性能要求：根据系统的性能要求，确定适当的噪声水平上限。
例如，某些高精度的测量设备需要非常低的噪声水平才能确保数据的准确性。
3. 成本考虑：低噪声元件通常价格较高。
因此，在决策过程中需要评估设备预算和性能要求之间的平衡。
根据实际情况，选择价位合适的元件来满足噪声需求。
最新2019-哈工大器件原理第八章噪声特性-PPT课件
4 kTG
5
热噪声等效电路
用 一4个 kTR f的 热 噪 声 电 压 无源 噪和 声一 电个 阻 串
R（无噪声)
~ 4kTRf
尼奎斯公式条件： 1、电子与晶格处于热平衡状态 2、电子的能量分布服从波尔兹曼分布
电场较强时，高能态电子数增多，可近似 1、用电子温度取代平衡温度 2、用随电场强度变化的微分迁移率代替常数迁移率
▪热噪声与温度有关——温度升高，热运动加剧 ▪热噪声与电阻有关——载流子运动本身是电流，电阻大，电压高 ➢载流子热运动为随机过程，平均值为零，用统计值——均方值表示 ➢频谱密度与频率无关的噪声称为白噪声，热噪声是白噪声
4
§8.2 晶体管的噪声源
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声
穴，对电流没有贡献，但对高频电导有贡献
p-n结中载流子扩散和漂移的动态平衡
10
二极管低频电导：
g0d dV Iq kR I T eqV kT k q(T IIR )
高频下的本征导纳：
YqF I{1 [(12
kT2
2 p)121 2]12j[1 2(12
2 p)121 2]12}
G jX ——随频率升高而增大
对尼奎斯公式修正，得增强约翰逊噪声 多能谷结构材料中的谷间散射噪声
6
§8.2 晶体管的噪声源
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声 二、散粒噪声(shot noise)
1918年肖特基发现于电子管中，起源于电子管阴极发射电子 数目的无规则起伏。
在半导体中，散粒噪声通常指由于载流子的产生、复合的涨 落使越过p-n结势垒的载流子数目起伏所引起的噪声。
噪声系数也可用分贝表示 NF10lgF
二极管噪声特性
二极管噪声特性二极管是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电路中。
除了正常的电流传导功能外，二极管还具有一个重要的特性，即噪声特性。
本文将详细介绍二极管的噪声特性及其影响因素。
一、噪声特性的定义与分类噪声是指电子元件或电路中随机性产生的干扰信号。
在二极管中，噪声主要包括热噪声、互模干扰噪声和量子噪声。
其中，热噪声由于二极管内部电子热运动引起，是最主要的噪声源。
1. 热噪声：由于二极管内部电子的随机热运动，产生了热噪声。
热噪声的功率谱密度与频率成正比关系，即在频率范围内，热噪声的功率谱密度保持不变。
2. 互模干扰噪声：互模干扰噪声是由于二极管内部非线性特性引起的。
当二极管工作在非线性区域时，会产生非线性畸变，导致输入信号之间的互相干扰。
3. 量子噪声：由于光子的波动性质和波函数的随机性，二极管在光照射下会产生量子噪声。
量子噪声与热噪声不同，其功率谱密度与频率成反比关系。
二、二极管噪声的影响因素二极管的噪声特性受多种因素的影响，主要包括温度、频率、电流和二极管的材料特性。
1. 温度：温度是影响二极管噪声的重要因素之一。
二极管的热噪声与温度成正比，即温度升高，热噪声也会相应增加。
2. 频率：频率也是影响二极管噪声的关键因素。
在高频范围内，热噪声对二极管的影响会减小，而量子噪声则起主导作用。
3. 电流：二极管的电流也会对噪声特性产生明显影响。
一般来说，二极管的噪声随着电流的增加而增加。
但在某些特殊情况下，二极管的噪声会因电流增加而减小。
4. 材料特性：二极管的材料特性对其噪声特性也有一定影响。
例如，不同材料的二极管在相同条件下的噪声水平可能会有所不同。
三、噪声特性的测试和评估方法为了准确评估二极管的噪声特性，需要进行相应的测试和测量。
常用的测试方法包括噪声谱分析法、自相关函数法、互相关函数法等。
通过这些方法可以得到二极管噪声的功率谱密度、自相关函数和互相关函数等参数，从而进行准确的噪声特性评估。
四、应用领域与展望二极管噪声特性在许多应用领域具有重要意义。
42噪声和低噪声器件-PPT文档资料
• 影响热噪声的因素：
2 U k T R f t 4
1. 2.
减小测量时产生热噪声器件的温度 提取信号的电阻应尽量小，避免额外的串联电阻
3.
尽量减小系统的频带
（3）散粒噪声
• 产生的原因：
– 半导体器件中，载流子产生与消失的随机性，使得 流动的载流子数目发生波动，引起瞬时电流的变化， 称为散粒噪声
4.2
噪声和低噪声器件
主要内容
• 噪声的一般性质
– 噪声的描述 – 噪声的测量 – 功率谱密度
• 信号提取系统中的主要噪声类型
– 1/f噪声 – 热噪声 – 散粒噪声
4.2.1 噪声的特性
• • • • • 随机性 统计学描述 概率密度函数 平稳随机过程 正态分布
2. 信号提取过程中的噪声类型
• 存在于：
– – – – 电阻 电容介质的损耗 电感的涡流损耗 有源器件如晶体管的基区电阻等
• 危害
– 是测量系统分辨力的最终限制。
（2）热噪声ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
波尔兹曼常数1.38×10-23J/K
数学表示：
电压均方值： 2 谱密度：
U k T R f t 4
S (f) 4 k T R
频带宽度
绝对温度
属于白噪声
2 n s 2 n
2
2
3.描述放大器噪声性能参数
2 2 2 2 U U U U n o n o 1 n o 2 n o 3
• 输入端等效电压：
U U
n o 2 n i
U
Z 2 2 2 R i sZ i ( U U ) I n s n n R Z R Z i i s s
f K 2 U S ( fd ) f d f K l n f f 1 1 f f 1
微电子器件中的噪声特性测量
微电子器件中的噪声特性测量在现代科技领域中，微电子器件已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分。
如今的许多电子设备都采用微电子器件来实现各种应用，如手机、电脑等等。
随着微电子技术的不断进步，人们对微电子器件的设计和性能进行了越来越高的要求。
而这些高要求的背后，是对微电子器件中各种性能参数的精准测量。
谈到微电子器件的性能测量，噪声特性是一个重要的指标。
噪声是指电路内由于各种因素导致电压或电流产生的不规则变化，噪声可以对电子器件的性能产生负面影响，因此在微电子器件的设计、制造和使用过程中，噪声特性的测量是十分必要的。
微电子器件中的噪声特性测量涉及到许多知识领域，需要精准仪器设备和专业知识技能。
通常情况下，我们可以利用常规的测试方法来测量噪声特性。
下面我们来了解一些测量噪声特性的常见方法。
1.噪声谱密度测量噪声谱密度测量是一种最常见的测量噪声特性的方法。
它可以通过对电路中噪声电流和噪声电压测量来实现。
由于噪声电流和噪声电压都是随时间变化的信号，并且与电路的频率有关，因此测量它们的频谱是十分必要的。
根据噪声谱密度与信号频率的关系，可以计算出噪声功率谱密度及其带宽，确定电路噪声特性。
当然，针对不同场合的测量需要不同的技术手段，如低频测量、高频测量、功率谱分析等。
2.噪声温度测量噪声温度也是噪声测量中的一个重要指标。
噪声温度指的是一个等效的温度，对于任何特定的物理系统，都会产生同样的功率噪声，同时这些噪声也与系统的温度有关。
因此，我们可以通过测量噪声温度来确定电路的噪声特性。
在噪声温度的测量过程中，需要选择一个标准的参考噪声源，通过与参考噪声源的对比，来对待测电路进行噪声温度的测量。
同时，在测量过程中还需注意选用合适的低噪声放大器、带通滤波器等器件来保证测量的精确性。
3.噪声截止测量噪声截止测量也是噪声特性中的一个指标，它是指对电路的频率特性进行测量，以确定电路的截止频率点。
这个截止频率点是指，当电路输入信号超过该频率点时，电路的信号增益开始下降。
噪声的来源与特点
内，其噪声电压的均方值为
一、热噪声（Thermal Noise）
8.2.2 晶体三极管的噪声
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。
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（Soltzmann Constant）
=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），如图所示。
01
分配噪声（Distribution Noise）
02
分配噪声只出现在晶体三极管内。
03
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。
04
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
表示。由此会产生电阻热噪声，其大小可
由下式表示：
四、闪烁噪声（或称
噪声）
和晶体管相同，在低频端、噪声功率与频率成反比地增大。定性地说，这种噪声是由于PN结的表面发生复合、雪崩等引起的。
通常，第一和第二种噪声是主要的，尤其以第二种噪声最重要。
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
电子噪声
例 3 图 2 — 40 是一接收机的前端电路, 高频放大器和 场效应管混频器的噪声系数和功率增益如图所示。 试 求前端电路的噪声系数(设本振产生的噪声忽略不计)。
式中, Δf为相对于f0的频偏, 由此可得等效噪声带宽为
Bn
1 1 (2Q f 2 ) f0
d f
f0
2Q
己知并联回路的 3 dB带宽为B 0.7= f0/Q, 故
Bn 2 B0.7 1.57 B0.7
2. 晶体三极管的噪声 1) 散弹（粒）噪声 定义：由于载流子随机起伏流动产生的噪声 1、散弹（粒）噪声也是白噪声 2、散弹（粒）噪声引起的电流均方值与PN 结的直流电流成正比，即
No NF Ni K p Ni Ni K p N a NF Kp Ni 1 No Kp Na Kp Ni
噪声系数通常用dB表示, 用dB表示的噪声系数为
S ( )i N F (dB) 10 LgN F 10 Lg N S ( )o N
几点说明： 1、国际上定义的噪声功率是按每单位频带内的噪声功 率定义的，即表示为点频的噪声系数。 2、噪声系数与输入信号大小无关，但是与输入噪声功 率Ni有关。为此，在噪声系数的定义中，规定Ni为信号 源内阻RS的最大输出功率。 3、噪声系数的定义具有普遍性，对线性网络两端的匹 配情况没有提出要求。输出端的阻抗匹配与否并不影 响噪声系数的大小，即噪声系数与输出端所接负载的 大小（包括开路或短路）无关。因此，噪声系数也可 以表示成输出端开路时的两均方电压之比或输出端短 路时的两均方电流之比，即： 2 2 U no I no N F 2 或N F 2 开路电压法 短路电流法 U nio I nio
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二极管低频电导：
dI qI R qV g0 e dV kT
高频下的本征导纳：
kT
q (I I R ) kT
qIF 1 1 12 1 1 12 2 2 12 2 2 12 Y {[ (1 p ) ] j[ (1 p ) ] } kT 2 2 2 2 G jX ——随频率升高而增大
① I Re
qV kT
受外加电压调制，对电导的贡献是g0 与外加电压无关，是自建场漂移作用，对电导没有贡献
② IR
两部分独立起伏产生散粒噪声
2q( I I R )f 2qI R f 2q( I 2 I R )f
10
③ 引起两个极性相反的脉冲，其间隔为空穴在n区无规则停留时 间，因此受外加高频电压调制，对高频本征电导有贡献 因扩散过程是热运动过程，故产生热噪声
假设全部电流是由空穴携带的 分为三个分量： ①由p区注入到n区，并被电极端 收集的空穴
I F I R (e qV
kT
1)
I R e qV
kT
②在n区产生，被自建场漂移到p区
并被电极端收集的空穴
IR
③从p区注入n区，在n区复合或到达电极之前因扩散运动又返回p区的空 穴，对电流没有贡献，但对高频电导有贡献 p-n结中载流子扩散和漂移的动态平衡
表面缺陷状态、表面氧化硅膜中Na+及发射结附近缺陷都会产生 1/f噪声。此外，与重金属杂质掺入发射区有关的淬发噪声 4. 其它噪声源
引线接触噪声：引线接触不良造成接触电阻不稳定 雪崩噪声：反偏太高，集电结的雪崩倍增引起
8
§8.3 双极型晶体管的噪声
二、散粒噪声与噪声电流
1. p-n 结二极管的散粒噪声
F＝
P 输入端信噪比 PSi PNi ＝ No 输出端信噪比 PSo PNo K p PNi
1
F＝
P 输入端信噪比 PSi PNi ＝ No 输出端信噪比 PSo PNo K p PNi
噪声系数可看作：
单位功率增益下，晶体管噪声功率的放大系数。即晶体管无 功率放大作用时，噪声功率增大的倍数， 总输出噪声功率与被放大的信号源噪声功率之比。 噪声系数越接近于1，晶体管噪声水平越低
§8.1 晶体管的噪声和噪声系数
一、信比
噪声限制了晶体管放大微弱信号的能力。
噪声叠加在不同的信号上将产生不同程度的影响 为了衡量噪声对信号影响程度而定义信噪比
信号，噪声
信号功率PS 信（号）噪（声）比＝ 噪声功率PN
二、噪声系数
晶体管本身产生噪声，因此其工作时，输入、输出端 信噪比不同。定义噪声系数反映晶体管本身产生噪声的大 小。
单位频率间隔内的噪声强度称为噪声的频谱密度
•噪声电压的功率谱密度 •噪声电流的功率谱密度
2 uth SV 4kTR f 2 ith Si 4kTG f
4
热噪声等效电路
用一个 4kTRf 的热噪声电压源和一个 无噪声电阻串联而成
R（无噪声)
尼奎斯公式条件： 1、电子与晶格处于热平衡状态
噪声系数也可用分贝表示
N F 10lg F
晶体管自身噪声相当大。例3AG47, NF<6db, F=4 输出噪声功率中75%来自于晶体管本身。
2
§8.2 晶体管的噪声源
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声 一、热噪声(Thermal noise) 载流子的无规则热运动叠加在规则的运动上形成热噪声 也称约翰逊噪声(Johnson noise) 任何电子元件均有热噪声 热噪声与温度有关——温度升高，热运动加剧 热噪声与电阻有关——载流子运动本身是电流，电阻大，电压高 载流子热运动为随机过程，平均值为零，用统计值——均方值表示 频谱密度与频率无关的噪声称为白噪声，热噪声是白噪声
~
4kTRf
2、电子的能量分布服从波尔兹曼分布
电场较强时，高能态电子数增多，可近似
1、用电子温度取代平衡温度
2、用随电场强度变化的微分迁移率代替常数迁移率 对尼奎斯公式修正，得增强约翰逊噪声
多能谷结构材料中的谷间散射噪声
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§8.2 晶体管的噪声源
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声
出现在106Hz的频率范围，普通硅平面管中，在103Hz以下明显
2 inf KI f f
产生原因可能与晶体结构的不完整性和表面稳定性有关。
晶格缺陷、位错、高浓度P、B扩散造成晶体压缩应变等
表面能级、界面热应力诱发缺陷、界面处带电粒子移动以及表面 反型层的产生或变化。 产生-复合机构引起的产生-复合过程
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§8.3 双极型晶体管的噪声
一、噪声源 1.热噪声 三个区的体电阻、三个电极接触电阻都产生热噪声，但以rb影响 最大，因为处于输入回路，且数值最大。 2.散粒噪声 产生-复合作用对多子影响不大。双极型晶体管以少子传输电流， 其散粒噪声通过发射效率和基区输运系数的不规则起伏反映到输出端 集电极反向饱和电流也产生散粒噪声 3. 1/f噪声
4kT (G g0 )f
r0（无噪声)
ish 2qIf
其功率谱密度与频率 无关，也属白噪声。
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§8.2 晶体管的噪声源
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声
三、产生-复合噪声(1/f 噪声)
(Generation-recombination noise)——半导体器件特有的噪声 由于其功率谱密度近似与频率成反比，也称1/f噪声。
二、散粒噪声(shot noise)
1918年肖特基发现于电子管中，起源于电子管阴极发射电子 数目的无规则起伏。 在半导体中，散粒噪声通常指由于载流子的产生、复合的涨 落使越过p-n结势垒的载流子数目起伏所引起的噪声。
2 ish 2qIf
2 ush 2kTr 0 f
r0（无噪声)
~ ush 2kTr 0 f
3
§8.2 晶体管的噪声源
已知晶体管中的基本噪声机构有三种：热噪声、散粒噪声和1/f噪声 一、热噪声(Thermal noise) 尼奎斯公式 (Nyquist)
2 ith 4kTGf S i f 2 uth 4kTRf SV f
其中，ith—短路噪声电流 uth—开路噪声电压