傳感器電路內(nèi)部的七大噪聲源

時(shí)間：2019-04-22作者：無(wú)錫徽科特測(cè)控技術(shù)有限公司瀏覽：195

電路設(shè)計(jì)是傳感器性能能否的關(guān)鍵要素，由于溫濕度傳感器輸出端是微小的信號(hào)，假如由于噪聲招致有用的信號(hào)被吞沒(méi)，所以增強(qiáng)傳感器電路的抗干擾性**。我們需理解傳感器電路噪聲的來(lái)源，以便找出好的辦法來(lái)降低噪聲。傳感器電路噪聲一般有如下七種：

1、低頻噪聲，

低頻噪聲是由內(nèi)部的導(dǎo)電微粒不連續(xù)運(yùn)動(dòng)形成的。是碳膜電阻，其碳質(zhì)資料內(nèi)部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不連續(xù)的，在電流流過(guò)時(shí)，會(huì)使電阻的導(dǎo)電率發(fā)作變化惹起電流的變化，產(chǎn)生相似接觸不良的閃爆電弧。晶體管也產(chǎn)生過(guò)類(lèi)似的爆裂噪聲和閃爍噪聲，其產(chǎn)活力理與電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也與晶體管的摻雜水平有關(guān)。

2、半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的散粒噪聲

由于半導(dǎo)體PN結(jié)兩端勢(shì)壘區(qū)電壓的變化，導(dǎo)致累積在此區(qū)域的電荷數(shù)量改動(dòng)，從而出現(xiàn)電容效應(yīng)。當(dāng)外加正向電壓升高時(shí)，N區(qū)的電子和P區(qū)會(huì)向耗盡區(qū)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于對(duì)電容充電。當(dāng)正向電壓小時(shí)，它使電子和空穴遠(yuǎn)離耗盡區(qū)，相當(dāng)于電容放電。外加反向電壓時(shí)，耗盡區(qū)變化相反。當(dāng)電流流經(jīng)勢(shì)壘區(qū)，這種變化會(huì)惹起流過(guò)勢(shì)壘區(qū)的電流產(chǎn)生微小動(dòng)搖，而產(chǎn)生電流噪聲。產(chǎn)生的噪聲大小與溫度、頻帶寬度△f成正比。

3、高頻熱噪聲

高頻熱噪聲是由于導(dǎo)電體內(nèi)部電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。溫度越高，電子運(yùn)動(dòng)就越劇烈。導(dǎo)體內(nèi)部電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)在其內(nèi)部構(gòu)成很多微小的電流動(dòng)搖，因其是無(wú)序運(yùn)動(dòng)，故它的均勻總電流為零，但當(dāng)它作為一個(gè)元件(或作為電路的一局部)被接入放大電路后，其內(nèi)部的電流就會(huì)被放大成為噪聲源，對(duì)工作在高頻頻段內(nèi)的電路高頻熱噪聲影響尤甚。

通常在工頻內(nèi)，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(gè)1kΩ的電阻為例，假如電路的通頻帶為1MHz，則呈如今電阻兩端的開(kāi)路電壓噪聲有效值為4μV(設(shè)溫度為室溫T=290K)?？雌饋?lái)噪聲的電動(dòng)勢(shì)并不大，但假定將其接入一個(gè)增益為106倍的放大電路時(shí)，其輸出噪聲可達(dá)4V，這時(shí)對(duì)電路的干擾就很大了。

4、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。

熱噪聲是由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)BJT內(nèi)3個(gè)區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線(xiàn)電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中溫濕度變送器所產(chǎn)生的噪聲是主要的。

通常所說(shuō)的BJT中的電流，只是一個(gè)均勻值。實(shí)踐上經(jīng)過(guò)**結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個(gè)瞬時(shí)不相同，因此**電流或集電流都有無(wú)規(guī)則的動(dòng)搖，會(huì)產(chǎn)生散粒噪聲。

由于半導(dǎo)體資料及制造工藝程度使得晶體管外表清潔處置不好而惹起的噪宣稱(chēng)為閃爍噪聲。它與半導(dǎo)體外表少數(shù)載流子的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為**電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱(chēng)1/f噪聲。它主要在低頻(kHz以下)范圍起主要作用。

5、電阻器的噪聲

電阻的干擾來(lái)自于電阻中的電感、電容效應(yīng)和電阻自身的熱噪聲。例如一個(gè)阻值為R的實(shí)芯電阻，可等效為電阻R、寄生電容C、寄生電感L的串并聯(lián)。寄生電容為0.1～0.5pF，寄生電感為5～8nH。在頻率**1MHz時(shí)，這些寄生電感電容就不可無(wú)視了。

電阻都產(chǎn)生熱噪聲，一個(gè)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(shí)，在頻帶B內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓式中：k為玻爾茲曼常數(shù);T是溫度(單位：K)。熱噪聲電壓自身是一個(gè)非周期變化的時(shí)間函數(shù)，它的頻率范圍是很寬廣。所以寬頻帶放大電路受噪聲的影響比窄頻帶大。

電阻產(chǎn)生接觸噪聲，接觸噪聲電壓式中：I為流過(guò)電阻的電流均方值;f為頻率;k是與資料幾何外形有關(guān)的常數(shù)。因?yàn)閂c在低頻段起著重要的作用，所以它是低頻傳感器的主要噪聲源。


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