电阻热噪声计算

电阻热噪声计算

2010-08-23 17:46

电阻的热噪声

一、电阻热噪声产生的原因：

电阻的热噪声是电阻导体的热骚动产生无规则运动引起的起伏噪声电流的现象。

二、电阻热噪声的特点及计算

1、特点：

1）电阻噪声是起伏噪声。

2）起伏噪声电流是大量脉冲宽度约(持续时间只有10^-13～10^-14)的微弱脉冲电流的迭加而成。另窄脉冲极性、大小和出现时间是随机的

1）起伏噪声的功率密度:

Sv = 4kTR

其中k=1.38×10-23J/K

T=[273+t (℃)] (K)

T–定， R↑→ Sv ↑

R–定，T↑→ Sv ↑

其它：

热噪声介绍：

热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化。电阻的起伏噪声是由电阻内电子热运动引起的，因此它的波形也是不规则变化的，在示波器上观察就像一堆杂乱无章的茅草一样，通常称之为起伏噪声。由于在数学上可以用随机过程来描述这类干扰，因此又可称为随机噪声，或者简称为噪声。由于电子的质量极轻，其无规则的热运动速度极高，因此它所形成的热噪声可以看作是由无数个持续时间极短的电流脉冲组成(持续时间只有10^-13～10^-14)。由于这些小电流脉冲的持续时间极短，因此它的频谱几乎占有整个无线电频段。

“电阻的热噪音意味着有许多很小连续的正弦信号会产生”是不好理解的，如果是对杂乱的波形进行频谱分析，那分解的小正弦波也是不连续、频率不稳定、相位不确定的

问答：不太懂这个电阻热噪声公式

噪声产生的源头在于电阻的导体中电子热运动，热运动是随机的，一个电子在某个瞬间朝某个方向以速度V飞行（这可以等效为一个电流），当他撞倒某个原子，因为电子质量太轻，被反弹到另外一个方向……如此周而复始。由于电子热运动的自由程很短（自由程的概念参考物理学教材），因此这个电流持续的时间也很短，可以看作是一个电流脉冲，而一个脉冲就可以用数学上的冲击函数来描述。

在导体内部，所有的N个电子都在热运动，综合来看，由热运动产生的导体的电流就是N个电子的冲击函数的叠加，在某个瞬间，朝某个方向的热运动可能略占优势，因此就产生了沿这个方向的负电流（因为电子带负电荷），但是作为一个正态随机过程，从长时间的平均值来看，任何方向都不可能占优势，平均值为0，这就是我们观察到的导体电阻形成的热噪声。

回顾一下付立页变换，冲击函数的频谱是什么？是阶越函数，也就是说热噪声的频谱宽度是无穷大，这就是热噪声跟频带扯上关系的根源。

让热噪声通过一个滤波器，滤波器后面的噪声叫做带限噪声，通带外的热噪声被滤掉了，因此热噪声就只保留了通带内的能量，“Vn＝4kTRB开平方”就是计算带限噪声的有效值电压的公式。

电阻热噪声的计算：

电阻热噪声的计算

在高于绝对0°（-273℃或Ok）的任何温度下，物质中的电子都在持续地热运动。由于其运动方向是随机的，任何短时电流都不相关，因此没有可检测到的电流。但是连续的随机运动序列可以导致Johnson噪声或热噪声。电阻热噪声的幅度和其阻值有下列关系；

式中，Vn是噪声电压，以V为单位；Kb是玻尔兹曼常数，1.38×10(-23)J/K；T是温度，以K为单位；R是电阻，以Ω为单位；B是带宽，以Hz为单位。

在室温下，可简化为下面的表达式：

图所示为电阻在25℃时，在50Ω终端电阻上产生的热噪声功率。

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其它噪声源：

所涉及的噪声种类：

热噪声：电子的无序运动引起

散弹噪声：单位时间通过PN结的载流子数目变化造成

闪烁噪声：能量主要集中在低频段，由于生产工艺的缺陷而引起

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图热噪声和电阻的关系及电阻在25℃的热噪声

虽然该噪声电压和功率很低，如果该电阻在一个高增益的有源滤波器中，噪声可能会很明显。噪声与温度和电阻值平方根成正比。

带宽越宽，总功率越大，因此即使dBm／Hz的功率幅度看上去很小，但给定带宽内的总功率也会很高。如果把V噪声使用V2噪声／R终端转换成功率，其中R终端是噪声终端电阻，然后乘以以Hz为单位的总带宽，则所得的整个带宽上的总噪声功率对低噪声应用可能是不可接受的。