
【计】 transistor noise
transistor
【计】 MOS transistor; npn
【化】 transistor
【计】 noise
【化】 noise; unpitched sound
晶体管噪声(Transistor Noise)是指晶体管在工作过程中因载流子运动、材料缺陷或外部干扰产生的非理想电信号波动现象。这种噪声会直接影响电子设备的信噪比和信号完整性,是高频电路、射频系统及低功耗芯片设计中的关键参数。
从汉英词典角度,"晶体管"对应英文"transistor",源自"transfer"(转移)和"resistor"(电阻)的组合词;"噪声"对应"noise",源于拉丁语"nausea",指不规则信号。晶体管噪声主要分为三类:
$$ V_n = 4kTRB $$
其中$k$为玻尔兹曼常数,$T$为温度,$R$为电阻,$B$为带宽(来源:《微电子电路》第5版,Sedra/Smith)。
$$ In = 2qI{DC}B $$
$q$为电子电荷量,$I_{DC}$为直流电流(来源:IEEE Xplore, DOI:10.1109/TED.2020.3026783)。
噪声系数(Noise Figure)是衡量晶体管噪声的核心指标,定义为输入信噪比与输出信噪比的比值。实验测量中需使用频谱分析仪和低噪声放大器,通过Y因子法或冷源法获取数据(来源:Keysight Technologies应用指南AN 57-2)。
在5G通信和物联网芯片领域,厂商如Qualcomm和Texas Instruments通过异质结双极晶体管(HBT)和FinFET工艺降低基极电阻$R_b$,从而抑制热噪声(来源:IEEE IEDM 2024技术白皮书)。
晶体管噪声是指晶体管内部因载流子的不规则运动引起的电流或电压随机波动现象,这种噪声会影响器件的信号放大性能,尤其在低信号或高频场景下更为显著。以下是其核心分类与形成机制:
热噪声(白噪声)
由基区电阻或沟道电阻中载流子的热运动产生,频谱均匀分布,与温度直接相关。公式表示为:
$$
v_n = 4kTRB
$$
其中,(k)为玻尔兹曼常数,(T)为温度,(R)为电阻,(B)为带宽。
散粒噪声
因载流子通过PN结时数目和速度的随机起伏导致,常见于双极型晶体管(BJT),与频率无关。
配分噪声
双极型晶体管中,基区复合过程的随机性引起集电极电流分配波动,导致电流起伏。
1/f噪声(闪烁噪声)
低频段噪声显著增强,与材料缺陷、表面态等因素相关,MOS管中尤为明显。其功率谱密度与频率成反比,表达式为:
$$
S(f) propto frac{1}{f^n} quad (1 leq n leq 2)
$$
噪声系数(Noise Figure)是衡量晶体管噪声的关键参数,低噪声设计需通过优化工艺(如降低基区电阻)、选择高频器件或改进电路结构(如负反馈)实现。
如需更深入的技术细节或公式推导,可参考半导体器件物理相关文献或权威资料。
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