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传感器电路噪声的七个泉源

宣布时间：

2021-09-02 11:51

泉源：

　　电路设计是传感器性能是否优越的要害因素，由于传感器输出端都是很细小的信号，若是由于噪声导致有用的信号被淹没，那就得不偿失了，以是增强传感器电路的抗滋扰设计尤为主要。在这之前，我们必需相识传感器电路噪声的泉源，以便找出更好的要领来降低噪声。

　　传感器电路噪声主要有以下七种

　　低频噪声

　　低频噪声主要是由于内部的导电微粒不一连造成的。特殊是碳膜电阻，其碳质质料内部保存许多细小颗粒，颗粒之间是不一连的，在电流流过时，会使电阻的导电率爆发转变引起电流的转变，爆发类似接触不良的闪爆电弧。另外，晶体管也可能爆发相似的爆裂噪声和闪灼噪声，其爆发气理与电阻中微粒的不一连性相近，也与晶体管的掺杂水平有关。

　　半导体器件爆发的散粒噪声

　　由于半导体 PN 结两头势垒区电压的转变引起累积在此区域的电荷数目改变，从而展现出电容效应。当外加正向电压升高时，N 区的电子和 P 区的空穴向耗尽区运动，相当于对电容充电。当正向电压减小时，它又使电子和空穴远离耗尽区，相当于电容放电。当外加反向电压时，耗尽区的转变相反。当电流流经势垒区时，这种转变会引起流过势垒区的电流爆发细小波动，从而爆发电流噪声。其爆发噪声的巨细与温度、频带宽度△f 成正比。

　　高频热噪声

　　高频热噪声是由于导电体内部电子的无规则运动爆发的。温度越高，电子运动就越强烈。导体内部电子的无规则运动会在其内部形成许多细小的电流波动，因其是无序运动，故它的平均总电流为零，但当它作为一个元件(或作为电路的一部分)被接入放大电路后，其内部的电流就会被放大成为噪声源，特殊是对事情在高一再段内的电路高频热噪声影响尤甚。

　　通常在工频内，电路的热噪声与通频带成正比，通频带越宽，电路热噪声的影响就越大。以一个 1kΩ的电阻为例，若是电路的通频带为 1MHz，则泛起在电阻两头的开路电压噪声有用值为 4μV(设温度为室温 T=290K)�？雌鹄丛肷牡缍撇⒉淮�，但假设将其接入一个增益为 106 倍的放大电路时，其输出噪声可达 4V，这时对电路的滋扰就很大了。

　　电路板上的电磁元件的滋扰

　　许多电路板上都有继电器、线圈等电磁元件，在电流通过时其线圈的电感和外壳的漫衍电容向周围辐射能量，其能量会对周围的电路爆发滋扰。像继电器等元件其重复事情，通断电时会爆发瞬间的反向高压，形成瞬时浪涌电流，这种瞬间的高压对电路将爆发极大的攻击，从而严重滋扰电路的正常事情。

　　晶体管的噪声

　　晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、闪灼噪声。

　　热噪声是由于载流子不规则的热运动通过 BJT 内 3 个区的体电阻及响应的引线电阻时而爆发。其中 rbb 所爆发的噪声是主要的。

　　通常所说的 BJT 中的电流，只是一个平均值。现实上通过发射结注入到基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而发射极电流或集电极电流都有无规则的波动，会爆发散粒噪声。

　　由于半导体质料及制造工艺水平使得晶体管外貌清洁处置惩罚欠好而引起的噪声称为闪灼噪声。它与半导体外貌少数载流子的复合有关，体现为发射极电流的升沉，其电流噪声谱密度与频率近似成反比，又称 1/f 噪声。它主要在低频(kHz 以下)规模起主要作用。

　　电阻器的噪声

　　电阻的滋扰来自于电阻中的电感、电容效应和电阻自身的热噪声。例如一个阻值为 R 的实芯电阻，可等效为电阻 R、寄生电容 C、寄生电感 L 的串并联。寄生电容为 0.1～0.5pF，寄生电感为 5～8nH。在频率高于 1MHz 时，这些寄生电感电容就不可无视了。

　　电阻都爆发热噪声，一个阻值为 R 的电阻(或 BJT 的体电阻、FET 的沟道电阻)未接入电路时，在频带 B 内所爆发的热噪声电压式中：k 为玻尔兹曼常数;T 是温度(单位：K)。热噪声电压自身是一个非周期转变的时间函数，它的频率规模是很宽阔。以是宽频带放大电路受噪声的影响比窄频带大。

　　电阻爆发接触噪声，接触噪声电压式中：I 为流过电阻的电流均方值;f 为频率;k 是与资料几何形状有关的常数。由于 Vc 在低频段起着主要的作用，以是它是低频传感器的主要噪声源。

　　集成电路的噪声

　　集成电路的噪声滋扰一样平常有两种：一种是辐射式，一种是传导式。这些噪声尖刺关于接在统一交流电网上的其他电子装备会爆发较大影响。噪声频谱扩展至 100MHz 以上。在实验室中，可以用高频示波器(100MHz 以上)视察一样平常单片机系统板上某个集成电路电源与地引脚之间的波形，会看到噪声尖刺峰 - 峰值可达数百毫伏甚至伏级。

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