噪声的来源与特点.

例8.2.1 试求两个处于相同温度的电阻 R1和 R2并联后，在频带 B 内的总均方值噪声电压。
解：先利用电流源进行计算。由于 R1和 R2是并联的，因此将它
们分别用电流源噪声等效电路表示，如图8.2.3所示。 在频带宽度B内产生的热电流的均方值为
in21 4kTG1B
G1

1 R1
8.2.1
8.2 噪声的来源与特点
8.2.1 电阻热噪声
电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动而 产生的。
起伏电流： 电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下受到热 激发后，在导体内部作无规则的运动（热骚动）而相互 碰撞，两次碰撞之间行进时，就产生一持续时间很短的 脉冲电流。许多这样的随机热骚动的电子所产生的这种 脉冲电流的组合，就在电阻内部形成了无规律的电流。 在一足够长的时间内，其电流平均值等于零，而瞬时值 就在平均值的上下变动，称为起伏电流。
8.2.1
起伏电流流经电阻 R时，电阻两端就会产生噪声电压n
和噪声功率。常以SV ( f )表示噪声的电压功率谱密度，SI ( f ) 表示噪声的电流功率谱密度。
理论和实践证明，当温度为T（K）时，阻值为的电阻 所产生的噪声电压功率谱密度和噪声电流功率谱密度分别 为
1 SI ( f ) 4kT R 4kTG
in2 4kTGB
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8.2.1所示。
8.2.1
当实际电路中包含多个电阻时。每一个电阻都将引入 一个噪声源。一般若有多个电阻并联时，总噪声电流等 于各个电导所产生的噪声电流的均方值相加，如图 8.2.2(a)；若有多个电阻串联时，总噪声电压等于各个电 阻所产生的噪声电压的均方值相加，如图8.2.2(b)。
ab两端的电压均方值为
n2

2 nr
Q2

4kTrB

L
r
2


4kT

2L2
r

B

4kTRe B
得到如图8.2.5(b)所示的等效电路。
8.2.1
总结以上分析得到如下结论： （1）对处于相同温度的电阻所构成的网络，无 论是串联还是并联，总的均方值噪声电压等于网络 总电阻所产生的均方值噪声电压； （2）如果网络中的电阻处于不同的温度或是受不 同带宽的限制，只能按均方叠加法则即功率相加原则 进行计算；
主要存在于基极电阻 rbb内，其噪声电压的均方值为
2 bn

4kTrbb B
二、散粒噪声（Shot Noise）
散粒噪声是晶体管的主要噪声源。 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。 散粒噪声的大小与晶体管的静态工作点电流有关，其 功率谱密度为
SI 2qIO
式中 IO为流过PN结的电流，q为电子电荷量。

4kTRB
n12
2 n1
R1 R2
2 R22
4kTR1B R1 R2 2
R22
2 n2
在输出端口所产生的噪声电压均方值为
n22
2 n2
R1 R2
2
R12
百度文库
4kTR2 B R1 R2 2
R12
所以
n2
n12
n22
由于晶体三极管的发射结正偏，所以散粒噪声主要
决定于发射极工作电流 Ie ，其噪声电流的均方值为
ie2n 2qIeB
三、分配噪声（Distribution Noise） 分配噪声只出现在晶体三极管内。
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。

4kTB
R1R2 R1 R2
显然，两种计算方法得到的结果是相同的。
8.2.1
对于LC并联谐振电路，所产生的噪声电压均方值为
n2 4kTReB
r 式中，Re为谐振电路的谐振电阻。
对图8.2.5(a)所示的电路来说，损耗电阻 所产生的噪
声电压均方值为
2 nr

4kTrB
在回路谐振时，折算到
0
1 j f f
2

2 0
1 ( f )2
f
式中 f为共基极晶体管截止频率；f 为晶体管工作频率。
显然 是频率的函数。
8.2.2
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。
四、1 f 噪声[或称闪烁噪声（Flicker Noise）] 1 f 噪声产生的原因目前尚有不同见解。，它与半导
in22 4kTG2B
G2

1 R2
因此
in2 in21 in22 4kT (G1 G2 )B
所以
n2
in2 G1 G2
2
4kTB
R1R2 R1 R2
再利用 图8.2.4所 示的电压源 进行计算。
8.2.1
2 n1
在输出端口所产生的噪声电压均方值为 n2
体材料制作时表面清洁处理和外加电压有关。
8.2.2
8.2.3 场效应管的噪声
场效应管的噪声也有四个来源：
一、散粒噪声 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
分配噪声本质上也是白噪声。但由于渡越时间的 影响，当晶体管的工作频率高到一定值后，这类噪声 的功率谱密度将随频率的增加而迅速增大。
8.2.2
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
ic2n

2qI
CQ
(1

2 02
)B
式中，I
C
Q是三极管集电极静态电流；
是低频时共基极
o
电流放大系数；是高频时共基极电流放大系数。其值为
8.2.1
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
n2 4kTRB in2 4kTGB
以上各式中，k为玻耳兹曼常数（Soltzmann
Constant）
k =1.38×1023 J K ；T 为热力学温度，单位为K 。
因此，噪声电压或电流的有效值为
n2 4kTRB
（3）纯电抗元件既不消耗功率也不产生热噪声，实 际的电抗元件一般都含有电阻成份，也与普通电阻一 样产生热噪声。
8.2.1
8.2.2 晶体三极管的噪声
一、热噪声（Thermal Noise） 和电阻一样，在晶体管中，电子不规则的热运动同 样会产生热噪声。发射极和集电极电阻的热噪声一般很 小，可以忽略。因此这类由电子热运动所产生的噪声，