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東莞市廣聯(lián)自動化科技有限公司
主營產(chǎn)品： kubler庫伯勒編碼器，kubler旋轉(zhuǎn)編碼器，HYDAC壓力傳感器，EGE傳感器，力士樂比例閥 |
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2024-6-18 閱讀(188)
電路設計是傳感器性能是否*的關鍵因素，由于傳感器輸出端都是很微小的信號，如果因為噪聲導致有用的信號被淹
沒，那就得不償失了，所以加強傳感器電路的抗干擾設計尤為重要。在這之前，我們必須了解派克傳感器電路噪聲的來源，以便找
出更好的方法來降低噪聲。
總的來說，PARKER傳感器電路噪聲主要有一下七種：
1、低頻噪聲
低頻噪聲主要是由于內(nèi)部的導電微粒不連續(xù)造成的。特別是碳膜電阻，其碳質(zhì)材料內(nèi)部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不
連續(xù)的，在電流流過時，會使電阻的導電率發(fā)生變化引起電流的變化，產(chǎn)生類似接觸不良的閃爆電弧。另外，晶體管也可能產(chǎn)
生相似的爆裂噪聲和閃爍噪聲，其產(chǎn)生機理與電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也與晶體管的摻雜程度有關。
2、半導體器件產(chǎn)生的散粒噪聲
由于半導體PN結兩端勢壘區(qū)電壓的變化引起累積在此區(qū)域的電荷數(shù)量改變，從而顯現(xiàn)出電容效應。當外加正向電壓升高
時，N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴向耗盡區(qū)運動，相當于對電容充電。當正向電壓減小時，它又使電子和空穴遠離耗盡區(qū)，相當于電
容放電。當外加反向電壓時，耗盡區(qū)的變化相反。當電流流經(jīng)勢壘區(qū)時，這種變化會引起流過勢壘區(qū)的電流產(chǎn)生微小波動，從
而產(chǎn)生電流噪聲。其產(chǎn)生噪聲的大小與溫度、頻帶寬度△f成正比。
3、高頻熱噪聲
高頻熱噪聲是由于導電體內(nèi)部電子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。溫度越高，電子運動就越激烈。導體內(nèi)部電子的無規(guī)則運動會在
其內(nèi)部形成很多微小的電流波動，因其是無序運動，故它的平均總電流為零，但當它作為一個元件(或作為電路的一部分)被接入
放大電路后，其內(nèi)部的電流就會被放大成為噪聲源，特別是對工作在高頻頻段內(nèi)的電路高頻熱噪聲影響尤甚。
通常在工頻內(nèi)，電路的熱噪聲與通頻帶成正比，通頻帶越寬，電路熱噪聲的影響就越大。以一個1kΩ的電阻為例，如果電
路的通頻帶為1MHz，則呈現(xiàn)在電阻兩端的開路電壓噪聲有效值為4μV(設溫度為室溫T=290K)。看起來噪聲的電動勢并不大，
但假設將其接入一個增益為106倍的放大電路時，其輸出噪聲可達4V，這時對電路的干擾就很大了。
4、電路板上的電磁元件的干擾
許多電路板上都有繼電器、線圈等電磁元件，在電流通過時其線圈的電感和外殼的分布電容向周圍輻射能量，其能量會對
周圍的電路產(chǎn)生干擾。像繼電器等元件其反復工作，通斷電時會產(chǎn)生瞬間的反向高壓，形成瞬時浪涌電流，這種瞬間的高壓對
電路將產(chǎn)生極大的沖擊，從而嚴重干擾電路的正常工作。
5、晶體管的噪聲
晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲。
熱噪聲是由于載流子不規(guī)則的熱運動通過BJT內(nèi)3個區(qū)的體電阻及相應的引線電阻時而產(chǎn)生。其中rbb所產(chǎn)生的噪聲是主要
的。
通常所說的BJT中的電流，只是一個平均值。實際上通過發(fā)射結注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時都不相同，因而發(fā)射
極電流或集電極電流都有無規(guī)則的波動，會產(chǎn)生散粒噪聲。由于半導體材料及制造工藝水平使得晶體管表面清潔處理不好而引
起的噪聲稱為閃爍噪聲。它與半導體表面少數(shù)載流子的復合有關，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成
反比，又稱1/f噪聲。它主要在低頻(kHz以下)范圍起主要作用。
6、電阻器的噪聲
電阻的干擾來自于電阻中的電感、電容效應和電阻本身的熱噪聲。例如一個阻值為R的實芯電阻，可等效為電阻R、寄生電
容C、寄生電感L的串并聯(lián)。一般來說，寄生電容為0.1～0.5pF，寄生電感為5～8nH。在頻率高于1MHz時，這些寄生電感電容
就不可忽視了。
各類電阻都會產(chǎn)生熱噪聲，一個阻值為R的電阻(或BJT的體電阻、FET的溝道電阻)未接入電路時，在頻帶寬度B內(nèi)所產(chǎn)生的
熱噪聲電壓為：熱噪聲電壓本身是一個非周期變化的時間函數(shù)，因此，它的頻率范圍是很寬廣的。所以寬頻帶放大電路受噪聲
的影響比窄頻帶大。
7、另外，電阻還會產(chǎn)生接觸噪聲，其接觸噪聲電壓為式中：I為流過電阻的電流均方值;f為中心頻率;k是與材料的幾何形狀有關的常數(shù)。由于Vc在低頻段起重要的作用，所以它是
低頻傳感器電路的主要噪聲源。
8、集成電路的噪聲
集成電路的噪聲干擾一般有兩種：一種是輻射式，一種是傳導式。這些噪聲尖刺對于接在同一交流電網(wǎng)上的其他電子設備
會產(chǎn)生較大影響。噪聲頻譜擴展至100MHz以上。在實驗室中，可以用高頻示波器(100MHz以上)觀察一般單片機系統(tǒng)板上某個
集成電路電源與地引腳之間的波形，會看到噪聲尖刺峰-峰值可達數(shù)百毫伏甚至伏級。
