电磁兼容性基础6:噪声原理(1)

发布网友发布时间：2024-07-02 06:05

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热心网友时间：2024-07-25 23:57

深入理解电磁兼容性的核心，噪声原理是其中不可或缺的一环。噪声，如同电路中的隐形干扰，主要源自内部的固有源，包括热噪声、散粒噪声和接触噪声。首先，让我们聚焦于热噪声，它源于电阻内部电子的热运动，是电路的基本噪声限制。约翰逊-那奎斯特理论揭示了温度、电阻和带宽如何影响这种噪声，揭示了它在所有频率上的均匀分布，如同白噪音一般，且服从正态分布，具有无限的峰值因子。控制噪声，便是通过减小电阻、减窄带宽或者降低环境温度来实现减小信号错误，降低传输的误码率。

等效噪声带宽是一个关键概念，它在理想系统中模拟实际电路的噪声特性。在白噪声场景下，它要求理想曲线的面积等于实际带宽的面积。实际计算中，可以通过测量或理论推导得出。其中，图形积分法是计算3dB带宽f0的有效工具，对于单极点低通滤波器尤其适用，只需比较电压增益平方与频率的面积，3dB带宽f0等于π/2倍的频率。至于散粒噪声，半导体的特性使其表现为“白噪声”，肖特基博士的公式Ish = √(2*q*Idc*B)为我们提供了估算噪声电流的途径，直流电流Idc的测量是关键。例如，二极管中的散粒噪声就可通过测量其直流电流来估测。

接触噪声则源于不完善的接触导致电导率波动，这种噪声通常在低频电路中占据显著位置，表现出1/f的特性，与直流电流紧密相关。在实际电路中，多个不相关噪声电压的叠加遵循功率的平方和法则，如V = √(V1²+V2²)，总功率等于每个噪声分量功率之和，对信号质量产生重要影响。

总的来说，噪声原理的掌握不仅揭示了电路内部的运作机理，也为我们优化设计、提高信号质量提供了关键策略。理解并控制这些噪声源，是电磁兼容性工程师必备的技能，是确保信号传输稳定、精确的基石。