随机噪声

随机噪声

之前我们用到的信号都是重复性信号——我们总是可以准确地预测出任何时间点上这些信号的电平幅度。除了这些相干信号( coherent signal)外，还有我们现在要研究的非相干信号——噪声(noise)XF2W-5015-1AE。

噪声存在于我们四周：从海浪拍击岸边发出的声响、宇宙星际间的无线电噪声，到证券市场的证券指数波动现象。电子噪声通常分为两大类。一是白噪声(white noise)，其幅度是固定的、不随频率而变（与白光相像）。二是l/f噪声，其幅度与频率成反比。

白噪声通常被称作约翰逊噪声( Johnson noise)或热噪声(thermal noise)，这是导体内原子的随机热运动，撞击自由电子而产生。这种噪声来自于发热机理，因此，冷却关键部件可以减小噪声，射电望镜就是使用液氮对前端放大器进行冷却的。所有电阻都会产生白噪声，其电压为：

B=测量带宽

R-导体的电阻

从上述公式可看到，当导体被冷却至绝对温度为零(OK，即-273.16。C)时，将不会有噪声产生。因为在这个温度下，原子的热运动已停止，不会引致噪声的产生。

测量系统的带宽( bandwidth)也很重要。因为噪声的大小与带宽的平方根成正比。在测量带宽的限制上，也有上限f3dB与下限

f3dB之分。认识到这一点很重要。在音频应用中，噪声的测量带宽总是为人耳的听觉范围( 20Hz～20kHz)。尽管可能有某个放大器的带宽比另一个宽，但并不意味着他会产生更多的噪声。

在音频应用中，我们不能改变噪声带宽以及玻尔兹曼常数值。另一方面，降低温度要付出昂贵的代价。因此，我们降低声的主要武器是减少电阻值。更深入的研究见第7章。

l/f噪声也被称为闪烁噪声(flicker noise)或过量噪声(excess noise)。它是很隗蔽的噪声形式，因为不可预测。大致上也可以称为“缺陷( imperfection)”噪声，因为它通常由缺陷引起。这些缺陷包括制造半导体器件或电子管的“无尘

室”并非真正的无尘、“起渣”的焊接点、金属与金属之间接触不良——还有很多很多，数之不尽。半导体生产厂商通常给出l/f噪声拐角(noise corner)参数，这是指在此区域内器件的l/f噪声已超过白噪声，占据了主导地位。但对于电子管来说，生产厂商到现在仍然不提供这项参数。

因为噪声是随机的、不相干( incoherent)的，我们不能对噪声电压或噪声电流作相加计算，但须对噪声能量作相加计算，得到的结果可能会令人感到有些意外。噪声数据可视为经过统计后所取的中间值。民间研究机构通过尽可能收集最多的样本来减小误差，就噪声来说，这实际上相当于进行噪声的平均化(averaging)，以便找到中间值。

如果在低噪声放大器中将，z个输入器件作并联，不相干的噪

声信号会开始相互抵消，而我们所需的信号仍保持在原来的电平上。这样，就获得了信号噪声比的改善，改善程度为√二dB。对于半导体生产厂商来说，这种技术可以做到将1000个已匹配的晶体管作并联连接，制作成一个单芯斤器件（比如LM394、MAT-01等）。