所有这些噪音是怎么回事?

电器工程 噪音
2022-02-02 05:47:55

人们经常谈论电路中的噪声廉价的运算放大器有噪声,运行电机会在电源上产生噪声,并且许多模拟电路处理信噪比(即:试图保持低本底噪声)。

我的直觉是,噪声是在我们不感兴趣的频率上存在的信号。(这可能对也可能不对。)但是,我不知道这种噪声来自哪里。

电噪声是如何出现的?是什么产生它?我该如何摆脱它?

1个回答

您不感兴趣的频率上的电源很容易被过滤掉。在您感兴趣的频率上存在功率是问题所在,因为它无法被过滤掉。

几个主要的噪声源不过,这取决于您所谈论的环境 - 诸如干扰或串扰之类的事物可以在信噪比等环境中被视为噪声,但是当您构建“低噪声放大器”时,这是指固有噪声源。

一种不可避免的噪声源是热噪声任何不处于绝对零位的物体都会像黑体一样发出电磁辐射。这对于远程射频通信来说是一个问题,因为来自地面、建筑物等的黑体辐射将出现在感兴趣的波段中,并在您可以接收的信号水平上设置一个“地板”。这种噪声在 80 GHz 附近或多或少是平坦的,因此噪声功率与带宽和温度成正比。电子产品中的热噪声称为约翰逊噪声. 约翰逊噪声是由电子(或其他电荷载流子)由于不绝对为零而四处摆动而产生的。这可以建模为与电路中的每个电阻器串联的电压源或电流源。约翰逊噪声与带宽、温度和电阻成正比。

散粒噪声是一种非常不同类型的噪声,当电荷穿过间隙(真空管)或通过半导体结(二极管,BJT)时会出现这种噪声。由于电荷载流子是离散的(您可以计算它们),因此必须以这些量化单位来测量电荷。当电流流动时,整数个电荷载流子将移动,以随机间隔到达。对于大电流,波动很小,基本检测不到。然而,对于非常小的电流,电流将以一系列“脉冲”流动,每个电子一个。结果,散粒噪声在低信号电平下成为一个大问题。散粒噪声是白色的;这意味着它与频率无关,并且总噪声功率与带宽成正比。

闪烁噪声1/f 噪声是另一种不同类型的噪声。除了约翰逊噪声和散粒噪声之外,这也发生在电子设备中。闪烁噪声被称为 1/f 噪声,因为噪声功率与频率成反比——它在低频时高,在高频时低。通常闪烁噪声取决于直流电平。

其他噪声源不太常见,例如雪崩噪声雪崩噪声是由雪崩击穿引起的。在雪崩击穿期间,流动的电子释放更多电子并产生指数增长的电流。诸如雪崩光电探测器之类的设备利用这种效应通过将设备偏置在雪崩击穿的边缘来检测少量光子,这样撞击探测器的少量光子将释放足够的电子来触发击穿。雪崩击穿期间的电流非常嘈杂。事实上,它的噪声非常大,以至于雪崩二极管被用作射频噪声源来测试各种射频元件。

串扰、干扰和互调也是不需要的信号的来源,但这些在技术上不是噪声。串扰和干扰是来自外部源的不需要的信号。互调来自非线性,并导致同一介质中的相邻通道相互叠加。当尝试并行传输大量通道时,这是一个主要问题,因为它们相互混合。通常这是 2 Fa - Fb。例如,如果我在 1 MHz 上传输两个间隔为 1 kHz 的通道,那么我正在传输 1.000 MHz 和 1.001 MHz。IMD 意味着我将在 2*1.000 - 1.001 = 0.999 MHz 和 2*1.001 - 1.000 = 1.002 MHz 上获得一些功率,这会干扰相同间距上的相邻信道。