电阻有多大的噪声?
来源:工程师看海 发布时间:2024-02-05 分享至微信
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电阻是我们最早接触的基础元件,初中的课本中就有电阻的介绍,图1-20 展示了常见的贴片电阻、热敏电阻和直插/色环电阻,色环电阻可以通过电阻的色环颜色来读取电阻值。我们初中就学习过电阻相关内容,后来我们常听说电阻具有噪声,那么电阻的噪声是从哪里来的呢?


电阻的噪声通常指的热噪声(也叫约翰逊噪声),特点是哪怕电阻没有连接到电路中、哪怕没有电流流过电阻,电阻两端也会有电压变化,这就是电阻热噪声,在系统工作带宽范围内,电阻的热噪声可以认为是白噪声(或叫做宽带噪声),电阻两端开路时,它的热噪声有效值(均方根值)的计算公式是(1-4):


图 1-20 各类电阻


其中,k是玻尔兹曼常数,k=1.38*10-23J/K,T是开尔文热力学温度,R是电阻值,B是系统等效噪声带宽。


举例说明:


当温度是27℃(300开尔文)时,10KΩ的电阻,在100KHz带宽电路中,电阻两端的开路热噪声电压有效值是4uV;相同环境下,如果电阻是20KΩ,则热噪声电压有效值是5.8uV。根据公式我们可以看出来,电阻越大,噪声也越大,噪声随着电阻阻值的增加而增加,我们的放大电路中很少用大电阻的原因之一就是为了降低噪声。同样的,噪声也与温度有关,然而噪声对温度并不敏感,因为公式中是热力学温度,当温度变化为十几或几十摄氏度时,对噪声的影响并不是很大。比如上面例子中,17℃和27℃下,电阻两端的噪声基本差别不大。


然而在使用电阻测量电流的应用中(电流流过电阻,测量电阻两端的电压,电压除以电阻值即得到电流值),增加电阻反而会提高电流采集的准确性,这是因为电阻越大的话,电流流过电阻产生的电压也越大,这会提高电流检测的灵敏度,而如果电阻太大,那么电阻上分担的电压也就大,使得电阻后面的系统分担的电压低,这就需要工程师去仔细权衡。


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