电阻的热噪声值是怎么算出来的？

judy -- 周三, 03/19/2025 - 16:56

电阻的热噪声（或约翰逊噪声，或奈奎斯特噪声，或约翰逊-奈奎斯特噪声）是由构成电阻的原子内部和原子之间的电荷载流子的自 然随机运动产生的。无论组成如何，它在所有电阻中都是相等的，并且其均方根振幅由以下等式描述：

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其中：
  • Vn = 均方根噪声电压
  • KB=玻尔兹曼常数=1.38 x 10-23
  • T=绝对温度（°K）
  • R=电阻值（Ω）
  • B=测量噪声的带宽（Hz）

例如，在室温（300°K）下，1KΩ电阻在20Hz-20kHz的标准音频带宽上产生的噪声可计算为：

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该数字表示直流电压的值，该电压将向电阻负载提供与所讨论的噪声信号相同的功率。电阻上出现的最大瞬时噪声电压幅值在严格意义上不受限制，因为它是由随机过程驱动的，但观察到峰值振幅超过某个值的可能性随着阈值的增加而降低。通常使用6.6倍均方根值的系数来估算峰间热噪声值；热噪声的瞬时值应等于或低于99.9%(时间)均方根值的6.6倍。

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各种封装形式的通孔电阻（不按比例）

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各种封装形式的表面安装电阻（不按比例）

热噪声通常也用噪声密度表示，方法是将带宽项带到上面等式的左侧：

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结果通常以纳伏每平方根赫兹的单位表示，然后可以针对估计的工作温度（通常约300°K）进行计算，并用作与电路中其他噪声源（例如运算放大器的输入电压噪声）进行比较的基础。

电阻的噪声可以分为以下几种类型：

1. 热噪声：由于电阻器内部存在电子的热运动，导致电子在电阻器内部发生碰撞，产生随机的电压和电流波动，即热噪声。其噪声功率谱密度为常数。
2. 1/f噪声：指随着频率降低而噪声功率谱密度增加的噪声。其原因是电阻器内部存在许多缺陷，导致电子在这些缺陷处发生反射和散射，产生1/f噪声。
3. 互感噪声：当电阻器与其他电路元件连接时，由于存在互感作用，导致电阻器内部产生噪声。其噪声功率谱密度随频率增加而增加。
4. 外部噪声：指来自电源、信号线、天线等外部环境的电磁干扰和机械振动引起的噪声。

文章来源：DigiKey

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