第2-11讲-2.3.1-电阻热噪声.pdf

2.3.1电阻热噪声

主讲人：王春静

山东师范大学信息科学与工程学院

学习目标：

1.了解电阻热噪声产生的原理。

2.掌握噪声电流功率频谱密度、噪声电压功率频谱密度。

3.掌握热噪声均方值电流、热噪声均方值电压。

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电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动产生。

自由电子在运动过程中经常会相互碰撞，其运动方向和速度都是

不规则的，温度越高，自由电子的运动越剧烈，只有当温度下降到绝

对零度时，自由电子才会停止运动。

自由电子的这种热运动在电阻内形成非常微弱的电流，这种电流

呈现杂乱起伏的状态，称为起伏噪声电流。

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起伏噪声电流流过电阻本身，就会在其两端产生起伏噪声电压。

起伏噪声电压的变化是不规则的，其瞬时振幅和瞬时相位都是随

机的，因此无法计算其瞬时值。

起伏噪声电压的平均值为零，它正是不规则地偏离此平均值而起

伏变化的。起伏噪声电压的均方值是确定的，可以用功率计来测量。

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在整个无线电波频段内，当温度一定时，单位电阻上消耗的平

均功率在单位频带内几乎是一个常数，即功率频谱密度是一个常数。

对照白光内包含了所有可见光波长这一现象，人们把这种在整

个无线电波频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声。

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阻值为R的电阻产生的噪声电流功率频谱密度为：

4kT

S(f)

I

R

阻值为R的电阻产生的噪声电压功率频谱密度为：

SU(f)4kTR

k1.381023J/K

其中，k是玻尔兹曼常数（）；T是电阻温度，以热

力学温度K计量。

在频带宽度为BW内产生的热噪声均方值电流为：

I2S(f)BW

nI

在频带宽度为BW内产生的热噪声均方值电压为：

2

UnSU(f)BW

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一个实际的电阻可以分别用噪声电流源和噪声电压源表示，如

图所示