傳感器性能優越的關鍵:解決電路內部的七大噪聲
發布時間:2016-02-12 責任編輯:susan
【導讀】電路設計是傳感器xingnengshifouyouyuedeguanjianyinsu,youyuchuanganqishuchuduandoushihenweixiaodexinhao,ruguoyinweizaoshengdaozhiyouyongdexinhaobeiyanmei,najiudebuchangshile,suoyijiaqiangchuanganqidianludekangganraoshejiyouweizhongyao。zaizhezhiqian,womenbixulejiechuanganqidianluzaoshengdelaiyuan,yibianzhaochugenghaodefangfalaijiangdizaosheng。zongdelaishuo,chuanganqidianluzaoshengzhuyaoyouqizhong。
一.低頻噪聲
低di頻pin噪zao聲sheng主zhu要yao是shi由you於yu內nei部bu的de導dao電dian微wei粒li不bu連lian續xu造zao成cheng的de。特te別bie是shi碳tan膜mo電dian阻zu,其qi碳tan質zhi材cai料liao內nei部bu存cun在zai許xu多duo微wei小xiao顆ke粒li,顆ke粒li之zhi間jian是shi不bu連lian續xu的de,在zai電dian流liu流liu過guo時shi,會hui使shi電dian阻zu的de導dao電dian率lv發fa生sheng變bian化hua引yin起qi電dian流liu的de變bian化hua,產chan生sheng類lei似si接jie觸chu不bu良liang的de閃shan爆bao電dian弧hu。另ling外wai,晶jing體ti管guan也ye可ke能neng產chan生sheng相xiang似si的de爆bao裂lie噪zao聲sheng和he閃shan爍shuo噪zao聲sheng,其qi產chan生sheng機ji理li與yu電dian阻zu中zhong微wei粒li的de不bu連lian續xu性xing相xiang近jin,也ye與yu晶jing體ti管guan的de摻chan雜za程cheng度du有you關guan。

二.半導體器件產生的散粒噪聲
由於半導體PN結兩端勢壘區電壓的變化引起累積在此區域的電荷數量改變,從而顯現出電容效應。當外加正向電壓升高時,N區的電子和Pqudekongxuexianghaojinquyundong,xiangdangyuduidianrongchongdian。dangzhengxiangdianyajianxiaoshi,tayoushidianzihekongxueyuanlihaojinqu,xiangdangyudianrongfangdian。dangwaijiafanxiangdianyashi,haojinqudebianhuaxiangfan。dangdianliuliujingshileiqushi,zhezhongbianhuahuiyinqiliuguoshileiqudedianliuchanshengweixiaobodong,congerchanshengdianliuzaosheng。qichanshengzaoshengdedaxiaoyuwendu、頻帶寬度△f成正比。
三.高頻熱噪聲
高(gao)頻(pin)熱(re)噪(zao)聲(sheng)是(shi)由(you)於(yu)導(dao)電(dian)體(ti)內(nei)部(bu)電(dian)子(zi)的(de)無(wu)規(gui)則(ze)運(yun)動(dong)產(chan)生(sheng)的(de)。溫(wen)度(du)越(yue)高(gao),電(dian)子(zi)運(yun)動(dong)就(jiu)越(yue)激(ji)烈(lie)。導(dao)體(ti)內(nei)部(bu)電(dian)子(zi)的(de)無(wu)規(gui)則(ze)運(yun)動(dong)會(hui)在(zai)其(qi)內(nei)部(bu)形(xing)成(cheng)很(hen)多(duo)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)波(bo)動(dong),因(yin)其(qi)是(shi)無(wu)序(xu)運(yun)動(dong),故(gu)它(ta)的(de)平(ping)均(jun)總(zong)電(dian)流(liu)為(wei)零(ling),但(dan)當(dang)它(ta)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)元(yuan)件(jian)(或作為電路的一部分)被接入放大電路後,其內部的電流就會被放大成為噪聲源,特別是對工作在高頻頻段內的電路高頻熱噪聲影響尤甚。
通常在工頻內,電路的熱噪聲與通頻帶成正比,通頻帶越寬,電路熱噪聲的影響就越大。以一個1kΩ的電阻為例,如果電路的通頻帶為1MHz,則呈現在電阻兩端的開路電壓噪聲有效值為4μV(設溫度為室溫T=290K)。看起來噪聲的電動勢並不大,但假設將其接入一個增益為106倍的放大電路時,其輸出噪聲可達4V,這時對電路的幹擾就很大了。

四.電路板上的電磁元件的幹擾
許多電路板上都有繼電器、xianquandengdianciyuanjian,zaidianliutongguoshiqixianquandedianganhewaikedefenbudianrongxiangzhouweifushenengliang,qinenglianghuiduizhouweidedianluchanshengganrao。xiangjidianqidengyuanjianqifanfugongzuo,tongduandianshihuichanshengshunjiandefanxianggaoya,xingchengshunshilangyongdianliu,zhezhongshunjiandegaoyaduidianlujiangchanshengjidadechongji,congeryanzhongganraodianludezhengchanggongzuo。
五.晶體管的噪聲
晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲。
熱噪聲是由於載流子不規則的熱運動通過BJT內3個區的體電阻及相應的引線電阻時而產生。其中rbb所產生的噪聲是主要的。
通常所說的BJT中zhong的de電dian流liu,隻zhi是shi一yi個ge平ping均jun值zhi。實shi際ji上shang通tong過guo發fa射she結jie注zhu入ru到dao基ji區qu的de載zai流liu子zi數shu目mu,在zai各ge個ge瞬shun時shi都dou不bu相xiang同tong,因yin而er發fa射she極ji電dian流liu或huo集ji電dian極ji電dian流liu都dou有you無wu規gui則ze的de波bo動dong,會hui產chan生sheng散san粒li噪zao聲sheng。
由you於yu半ban導dao體ti材cai料liao及ji製zhi造zao工gong藝yi水shui平ping使shi得de晶jing體ti管guan表biao麵mian清qing潔jie處chu理li不bu好hao而er引yin起qi的de噪zao聲sheng稱cheng為wei閃shan爍shuo噪zao聲sheng。它ta與yu半ban導dao體ti表biao麵mian少shao數shu載zai流liu子zi的de複fu合he有you關guan,表biao現xian為wei發fa射she極ji電dian流liu的de起qi伏fu,其qi電dian流liu噪zao聲sheng譜pu密mi度du與yu頻pin率lv近jin似si成cheng反fan比bi,又you稱cheng1/f噪聲。它主要在低頻(kHz以下)範圍起主要作用。
六.電阻器的噪聲
電阻的幹擾來自於電阻中的電感、電容效應和電阻本身的熱噪聲。例如一個阻值為R的實芯電阻,可等效為電阻R、寄生電容C、寄生電感L的串並聯。一般來說,寄生電容為0.1~0.5pF,寄生電感為5~8nH。在頻率高於1MHz時,這些寄生電感電容就不可忽視了。
各類電阻都會產生熱噪聲,一個阻值為R的電阻(或BJT的體電阻、FET的溝道電阻)未接入電路時,在頻帶寬度B內所產生的熱噪聲電壓為:
式中:k為玻爾茲曼常數;T是絕對溫度(單位:K)。熱噪聲電壓本身是一個非周期變化的時間函數,因此,它的頻率範圍是很寬廣的。所以寬頻帶放大電路受噪聲的影響比窄頻帶大。
另外,電阻還會產生接觸噪聲,其接觸噪聲電壓為:
式中:I為流過電阻的電流均方值;f為中心頻率;k是與材料的幾何形狀有關的常數。由於Vc在低頻段起重要的作用,所以它是低頻傳感器電路的主要噪聲源。
七.集成電路的噪聲
集成電路的噪聲幹擾一般有兩種:一種是輻射式,一種是傳導式。這些噪聲尖刺對於接在同一交流電網上的其他電子設備會產生較大影響。噪聲頻譜擴展至100MHz以上。在實驗室中,可以用高頻示波器(100MHz以上)觀察一般單片機係統板上某個集成電路電源與地引腳之間的波形,會看到噪聲尖刺峰-峰值可達數百毫伏甚至伏級。
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