【文章內容簡介】 不斷復合與產生，因此載流子的速度和數量將會出現起伏，從而造成通過 pn 結的電流和相應其上的電壓 的漲落，這就是散粒噪聲。通過 pn 結的電流愈大，載流子的速度和數量的起伏也愈大， 散粒噪聲電流也就愈大。散粒噪聲與熱噪聲具有相同形式的關系式， 因此散粒噪聲也與頻率無關（即為白噪聲，在低頻和中頻下的確如此） 。 但在高頻時則與頻率有關。散粒噪聲在少數載流子工作的半導體器件（雙極型器件）中起很大作用。 （ 3）閃變噪聲（ 1/f 噪聲）： 這是一種在低頻（ 1000Hz）下具有很大影響的噪聲；其來源很可能是半導體內部或者表面的各種雜質、缺陷等所造成的一些不穩(wěn)定性因素。因為這些因素（主要是表面態(tài)）對載流子往往起著復合中心的作用 ，而復合中心上的載流子數量由于外電場或氣氛等的影響會產生起伏，這就將引起復合電流、并從而整個電流的漲落，這也就是閃變噪聲。這種噪聲的電流均方值與交流信號頻率 f 之間近似有反比關系。正是閃變噪聲與頻率近似具有反比的關系，所以也就常常稱這種噪聲為 1/f 噪聲。這種噪聲在以半導體表面薄層作為有源區(qū)工作的器件中往往起著重要的作用。 三極管： 三極管 的基本結構是兩個反向連結的 PN 接面，可有 pnp和 npn 兩種組合。三個接出來的端點依序稱為發(fā)射極（ emitter, E）、基極（ base, B）和集電極（ collector, C） 。 在沒接外加偏壓時，兩個 pn接面會形成耗盡 層 ，將中性的 p區(qū) 和 n區(qū)隔開 。三極管在電子電路中的地位是十分重要的，他是電子電路的核心元件。 三極管工作狀態(tài)有三種，放大、飽和、截止，其中又以放大狀態(tài)最為復雜，主要用于小信號的放大領域 。 （ 1）熱噪聲： 這是由于載流子的熱運動而產生的電流起伏及其在電阻上產生的電壓起伏。因此，熱噪聲既與溫度 T有關，也與電阻 R有關。 與二極管的熱噪聲產生的機理基本相同。 （ 2）散粒噪聲： 這是 正偏 pn 結注入的少數載流子，由于不斷遭受散射而改變方向，同時又不斷復合、產生，所造成的一種電流、 電壓起伏 所產生的 。 pn 河南大民生 學院本科畢業(yè)論文 7 結注入的電流愈大，載流子的速度和數量的漲落也愈大，則散粒噪聲也就愈大。散粒噪聲與熱噪聲具有相同形式的表示式，它也是一種與頻率無關的白噪聲。 pn結注入的電流愈大，載流子的速度和數量的漲落也愈大，則散粒噪聲也就愈大。散粒噪聲與熱噪聲具有相同形式的表示式，它也是一種與頻率無關的白噪聲。對于晶體管，發(fā)射結和集電結都存在散粒噪聲。在共基極組態(tài)中，輸入端的散粒噪聲電流與發(fā)射極電流 IE 成正比；在共發(fā)射極組態(tài)中，輸入端的散粒噪聲電流與基極電流 IB成正比；而輸出端的散粒噪聲電流與集電極電流 IC成正比 。 （ 3）閃變噪聲（ 1/f噪聲）： 主要是來自于晶體缺陷、表面態(tài)或表面不穩(wěn)定性所引起的復合電流的漲落，其噪聲電流均方值與頻率 f 的 α 次方成反比， α值對同一種半導體而言是確定的，一般為 ~。為了降低 1/f噪聲，就需要提高晶體材料的質量和改善工藝過程等；通過采取一些措施后，可以把 1/f噪聲控制到很小。 而且閃變噪聲只在低頻時起作用。 場效應管： 場效應管是 根據三極管的原理開發(fā)出的新一代放大元件，有 3 個極性，柵極，漏極，源極，它的特點是柵極的內阻極高，采用二氧化硅材料的可以達到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。場 效應管場效應晶體管（ Field Effect Transistor 縮寫(FET)）簡稱場效應管 .由多數載流子參與導電 ,也稱為單極型晶體管 .它屬于電壓控制型半導體器件 .。 它具有 具有輸入電阻高（ 100MΩ～ 1 000MΩ）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區(qū)域寬、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點 。 低頻噪聲和電路板上電磁原件的干擾 低頻噪聲產生原因雖然目前還沒有定論，但很多理論認為是由于電阻在制造過程中，由于內部的導電微粒不連續(xù)造成的。特別是碳膜電阻，其內部的碳質材料內部存在許多微小 顆粒，顆粒之間是不連續(xù)的。在電流流過時，會使電阻的導電率發(fā)生變化引起電流的變化，產生類似接觸不良的閃爆電弧。另外晶體管也可能產生相類似的爆裂噪聲和閃爍噪聲 (1/f)，其 產生的機理和電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也和晶體管的參雜程度有關。 下面分別為爆裂噪聲波形圖和低頻噪聲波形圖： 河南大學物理與電子學院本科畢業(yè)論文 8 圖 4： 爆裂噪聲波形 圖 5：低頻噪聲波形圖 另外在許多電路板上都有繼電器、線圈等電磁元件。在電流通過時其線圈的電感和外殼的分布電容向周圍輻射的電磁能量，其能量會對周圍的電路產生干擾。而象繼電器等元件是反復工作的，其在通、斷電時會產生瞬間的反向高壓，形成瞬時浪涌電流，這種瞬間的高壓對電路將產生極大的沖擊，從而嚴重干擾電路的正常工作。 2 噪聲干擾的量度 噪聲系數、 噪聲溫度 和信噪比都是衡量線性電路本身噪聲性能的指標。下面將分別簡單介紹這三 種指標的定義。 河南大民生 學院本科畢業(yè)論文 9 信噪比 信噪 比的概念首先是在無線電通信中提出來的。接收機輸出功率可分成兩部分：信號功率和噪聲功率。理論上和實踐中經常要考慮信號功率與噪聲功率的比值，這個比值就叫做信噪比，通常用η表示η = 信號功率 /噪聲功率 = S/N，譬如在測量中經常把 (μ 2/σ 2)作為信噪比，這里μ是質量特征值的平均值σ是樣本方差。 通常把這些量取常用對數再放大 10 倍作為信噪比，仍記為η，但這時的單位是分貝 (dB)，把μ說成為信噪比的分貝值。譬如信噪比這個量，通常都是越大越好。 噪聲系數 實際電路的輸入信號通?；煊性肼?。為了說明信號的質量，可 以用信號功率S與其相混的噪聲功率 N之比（即 S/N）來衡量，并稱比值 S/N為信噪比。顯然，信噪比越大，信號的質量越好。 線性電路的噪聲系數 Nf 定義為：在標準信號源激勵下，輸入端的信噪比Si/Ni與輸出端的信噪比 So/No的比值，上述定義中標準信號源是指輸入端僅接有信號源及其內阻 Rs，并規(guī)定該內阻在溫度 T=290K時所產生的熱噪聲為輸入端的噪聲源。 噪聲系數通常也用 dB表示： Nf(dB)=10lg(No/KpNi)，其中 Kp是功率增益。 噪聲溫度 噪聲溫度也是一種衡量線性電路本身噪聲性能的指標。如果將線 性電路輸出端的噪聲功率Δ Nm 除以額定功率增益 Kpm 后折算到輸入端，并且用信號源內阻 Rs 在假想溫度 Tn 時所產生的額定噪聲功率來等效，于是有噪聲的電路就可以看成一個理想的無噪聲電路，則稱這個假想溫度 Tn 為線性電路的等效噪聲溫度或簡稱噪聲溫度。顯然，電路內部噪聲越大，噪聲溫度越高，反之則越低。 源內阻 Rs 在 Tn 時產生的額定噪聲功率 Nim=kTnBn，根據 Tn 的定義則有：有 :Nim Nm/Kpm= Tn 可表示為 :Tn= Nm/KpmBnk 噪聲溫度可噪聲系數之間可以互換，可得 : Nf=1+Tn/ 理想的無噪電路，由于 Nf=1，故其噪聲溫度為零。 Nf 越大，電路的噪聲溫度越高。 噪聲溫度和噪聲系數都能用來表征電路的噪聲性能。通常，當電路內部噪聲較大時，采用噪聲系數比較方便。而對于低噪聲器件和低噪聲電路，在衡量或比較它們的噪聲性能時，則用噪聲溫度比較合適，比如有兩個低噪聲放大器，其噪河南大學物理與電子學院本科畢業(yè)論文 10 聲系數分別為 和 ，噪聲性能似乎相差不大，但用噪聲溫度表示時，則分別為 和 ，即相差一倍，可見，在低噪聲場合用噪聲溫度，其噪聲性能的差異反映在數量變化上比較明顯。 分貝單位 在電子工程中最常用到的一個單位是分貝（ dB），它的定義是兩功率之比再取對數，即為分貝（ B）作為單位。但是在應用上為了處理方便，取分貝的 1/10為輔助單位，稱為分貝（ dB）。 3 噪聲干擾的路徑 形成電磁噪聲干擾有三個因素：即噪聲源、耦合通道以及接收噪聲的電子電路。上面我們已談到噪聲源。下面談一下噪聲的耦合方式，即通道。 噪聲的主要耦合方式 , 即通道的性質有以下四種 :傳導耦合、靜電耦合、經過公共阻抗的耦合、漏電流 耦合、遠場輻射耦合。