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传感器电路内部的七大噪声源
发表时间:2018-12-07  |  点击率:2218

电路设计是传感器性能能否的关键要素,由于温湿度传感器输出端是微小的信号,假如由于噪声招致有用的信号被吞没,所以增强传感器电路的抗干扰性突出。我们需理解传感器电路噪声的来源,以便找出好的办法来降低噪声。传感器电路噪声一般有如下七种:

1、低频噪声,

低频噪声是由内部的导电微粒不连续运动形成的。是碳膜电阻,其碳质资料内部存在许多微小颗粒,颗粒之间是不连续的,在电流流过时,会使电阻的导电率发作变化惹起电流的变化,产生相似接触不良的闪爆电弧。晶体管也产生过类似的爆裂噪声和闪烁噪声,其产活力理与电阻中微粒的不连续性相近,也与晶体管的掺杂水平有关。

2、半导体器件产生的散粒噪声

由于半导体PN结两端势垒区电压的变化,导致累积在此区域的电荷数量改动,从而出现电容效应。当外加正向电压升高时,N区的电子和P区会向耗尽区运动,相当于对电容充电。当正向电压小时,它使电子和空穴远离耗尽区,相当于电容放电。外加反向电压时,耗尽区变化相反。当电流流经势垒区,这种变化会惹起流过势垒区的电流产生微小动摇,而产生电流噪声。产生的噪声大小与温度、频带宽度△f成正比。

3、高频热噪声

高频热噪声是由于导电体内部电子的无规则运动产生的。温度越高,电子运动就越剧烈。导体内部电子的无规则运动会在其内部构成很多微小的电流动摇,因其是无序运动,故它的均匀总电流为零,但当它作为一个元件(或作为电路的一局部)被接入放大电路后,其内部的电流就会被放大成为噪声源,对工作在高频频段内的电路高频热噪声影响尤甚。

通常在工频内,电路的热噪声与通频带成正比,通频带越宽,电路热噪声的影响就越大。以一个1kΩ的电阻为例,假如电路的通频带为1MHz,则呈如今电阻两端的开路电压噪声有效值为4μV(设温度为室温T=290K)。看起来噪声的电动势并不大,但假定将其接入一个增益为106倍的放大电路时,其输出噪声可达4V,这时对电路的干扰就很大了。

4、晶体管的噪声

晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、闪烁噪声。

热噪声是由于载流子不规则的热运动经过BJT内3个区的体电阻及相应的引线电阻时而产生。其中温湿度变送器所产生的噪声是主要的。

通常所说的BJT中的电流,只是一个均匀值。实践上经过发射结注入到基区的载流子数目,在各个瞬时不相同,因此发射电流或集电流都有无规则的动摇,会产生散粒噪声。

由于半导体资料及制造工艺程度使得晶体管外表清洁处置不好而惹起的噪宣称为闪烁噪声。它与半导体外表少数载流子的复合有关,表现为发射电流的起伏,其电流噪声谱密度与频率近似成反比,又称1/f噪声。它主要在低频(kHz以下)范围起主要作用。

5、电阻器的噪声

电阻的干扰来自于电阻中的电感、电容效应和电阻自身的热噪声。例如一个阻值为R的实芯电阻,可等效为电阻R、寄生电容C、寄生电感L的串并联。寄生电容为0.1~0.5pF,寄生电感为5~8nH。在频率高于1MHz时,这些寄生电感电容就不可无视了。

电阻都产生热噪声,一个阻值为R的电阻(或BJT的体电阻、FET的沟道电阻)未接入电路时,在频带B内所产生的热噪声电压式中:k为玻尔兹曼常数;T是温度(单位:K)。热噪声电压自身是一个非周期变化的时间函数,它的频率范围是很宽广。所以宽频带放大电路受噪声的影响比窄频带大。

电阻产生接触噪声,接触噪声电压式中:I为流过电阻的电流均方值;f为频率;k是与资料几何外形有关的常数。因为Vc在低频段起着重要的作用,所以它是低频传感器的主要噪声源。

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