
【化】 internal noise
inner; inside; interior; internal; within
【医】 interior
【计】 noise
【化】 noise; unpitched sound
内部噪声(Internal Noise)在电子工程与通信领域中指系统或设备内部因物理机制自发产生的无用信号干扰。其核心特征为不受外部环境影响,由元器件自身特性引发。根据《牛津电子工程词典》,内部噪声主要表现为热噪声(Johnson-Nyquist noise)、散粒噪声(Shot noise)及闪烁噪声(Flicker noise)三种类型。
IEEE标准协会指出,热噪声源于导体中电子的随机热运动,其功率谱密度与温度成正比,数学表达式为:
$$
P_n = 4kTRB
$$
其中$k$为玻尔兹曼常数,$T$为温度,$R$为电阻值,$B$为带宽。该现象在放大器和高频电路中尤为显著,直接影响信噪比指标。
清华大学出版的《现代通信原理》强调,内部噪声是限制接收机灵敏度的主要因素。例如,散粒噪声由半导体载流子离散性引发,服从泊松分布规律,其均方电流可表示为:
$$
i{shot} = 2qI{DC}B
$$
公式中$q$为电子电荷量,$I_{DC}$为直流电流值。实际工程中需通过低温冷却、低噪声元件选型等方式进行抑制。
内部噪声是电子系统或设备内部因器件自身特性或物理过程产生的干扰信号,属于电磁干扰的一种。其核心特征为非人为引入且不可完全消除。
热噪声(约翰逊-尼奎斯特噪声)
由导体中自由电子的热运动引起,存在于所有电阻元件中,计算公式为:
$$ V_n = sqrt{4kTRB} $$
其中$k$为玻尔兹曼常数,$T$为绝对温度,$R$为电阻值,$B$为带宽。
散粒噪声
主要出现在半导体器件中,由载流子(电子/空穴)的量子跃迁随机性导致,与电流强度直接相关。
低频噪声(1/f 噪声)
在低频段显著,常见于晶体管和碳膜电阻中,成因与材料表面缺陷或接触不良有关。
特征 | 内部噪声 | 外部噪声 |
---|---|---|
来源 | 器件内部物理过程(如电阻、半导体) | 电磁辐射、机械振动、电源干扰等 |
可控性 | 可通过优化器件选型降低,无法根除 | 可通过屏蔽、滤波等手段抑制 |
信号相关性 | 与有用信号无关 | 可能耦合至信号通路 |
噪声是否关键取决于其功率谱密度与系统灵敏度的关系。例如在精密测量电路中,nV级的噪声也可能导致显著误差。现代电子设计常通过选择低噪声器件、优化偏置电路和冷却技术来抑制这类噪声。
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