
【化】 internal noise
inner; inside; interior; internal; within
【醫】 interior
【計】 noise
【化】 noise; unpitched sound
内部噪聲(Internal Noise)在電子工程與通信領域中指系統或設備内部因物理機制自發産生的無用信號幹擾。其核心特征為不受外部環境影響,由元器件自身特性引發。根據《牛津電子工程詞典》,内部噪聲主要表現為熱噪聲(Johnson-Nyquist noise)、散粒噪聲(Shot noise)及閃爍噪聲(Flicker noise)三種類型。
IEEE标準協會指出,熱噪聲源于導體中電子的隨機熱運動,其功率譜密度與溫度成正比,數學表達式為:
$$
P_n = 4kTRB
$$
其中$k$為玻爾茲曼常數,$T$為溫度,$R$為電阻值,$B$為帶寬。該現象在放大器和高頻電路中尤為顯著,直接影響信噪比指标。
清華大學出版的《現代通信原理》強調,内部噪聲是限制接收機靈敏度的主要因素。例如,散粒噪聲由半導體載流子離散性引發,服從泊松分布規律,其均方電流可表示為:
$$
i{shot} = 2qI{DC}B
$$
公式中$q$為電子電荷量,$I_{DC}$為直流電流值。實際工程中需通過低溫冷卻、低噪聲元件選型等方式進行抑制。
内部噪聲是電子系統或設備内部因器件自身特性或物理過程産生的幹擾信號,屬于電磁幹擾的一種。其核心特征為非人為引入且不可完全消除。
熱噪聲(約翰遜-尼奎斯特噪聲)
由導體中自由電子的熱運動引起,存在于所有電阻元件中,計算公式為:
$$ V_n = sqrt{4kTRB} $$
其中$k$為玻爾茲曼常數,$T$為絕對溫度,$R$為電阻值,$B$為帶寬。
散粒噪聲
主要出現在半導體器件中,由載流子(電子/空穴)的量子躍遷隨機性導緻,與電流強度直接相關。
低頻噪聲(1/f 噪聲)
在低頻段顯著,常見于晶體管和碳膜電阻中,成因與材料表面缺陷或接觸不良有關。
特征 | 内部噪聲 | 外部噪聲 |
---|---|---|
來源 | 器件内部物理過程(如電阻、半導體) | 電磁輻射、機械振動、電源幹擾等 |
可控性 | 可通過優化器件選型降低,無法根除 | 可通過屏蔽、濾波等手段抑制 |
信號相關性 | 與有用信號無關 | 可能耦合至信號通路 |
噪聲是否關鍵取決于其功率譜密度與系統靈敏度的關系。例如在精密測量電路中,nV級的噪聲也可能導緻顯著誤差。現代電子設計常通過選擇低噪聲器件、優化偏置電路和冷卻技術來抑制這類噪聲。
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