在高端音频设备中,仔细选择电阻器是避免或最小化信号路径中噪声和失真的最佳方法之一。
本文介绍了使用各种现有电阻器技术制造的电阻器中噪声的产生,并量化了每种类型的典型噪声插入。
噪声是无用的广谱信号,可以叠加在任何有用的信号(包括DC)上。
像其他无源设备一样,电阻器会产生不同程度的噪声。
噪声的大小取决于电阻值,温度,施加的电压和电阻器的类型。
有许多实验来阐明为什么某些电阻器的噪声更大。
相对于其它的。
但是,音频专家和发烧友都同意的唯一检测方法是比较在实际音频系统中使用不同的电阻器技术时所达到的保真度。
电阻中的噪声电阻的总噪声由多个成分组成。
与各种音频应用密切相关的是热噪声和电流噪声。
热噪声的显着特征是它与电阻材料无关。
实际上,如果电阻和温度相同,则任何类型的电阻器的热噪声水平都相同。
热噪声的电压功率谱密度(PSD)ST [V2 / Hz]在整个频率范围内均匀分布。
可以用下面的表达式表示:其中R& n = 1。
电阻器[W]的电阻,T& n。
电阻温度[K],k = 1.3807& 10-23 J / K–玻尔兹曼常数。
另一方面,电流噪声与电阻材料的类型具有直接关系。
通过实验发现,电流噪声的电压频谱密度SE与电阻上的直流电压降U的平方成正比,与频率f成反比:C是一个常数,它取决于电阻元件的材料及其电阻。
制造过程。
图1显示了电阻器中总噪声电压的频谱密度S。
图1.电阻中总噪声电压的频谱密度。
电阻器中的当前噪声水平通常以?V / V或分贝(根据噪声指数[NI] dB)为单位表示,其中u是十进制带宽的均方根噪声电压,U是电阻两端的直流电压降。
u和U均以伏特为单位。
噪声系数越低,电阻器中的当前噪声水平就越低。
下图显示了使用不同技术制造的电阻器的噪声系数。
图2.商用电阻器的平均噪声系数如图所示,基于复合电阻材料(例如碳和厚膜)的电阻器的电流噪声水平最高。
为什么?这是由于这些电阻元件材料的显着异质性。
这些复合材料中的导电路径是由在隔离的矩阵中相互接触的导电粒子形成的。
当电流流过这些“接触位置”中的不稳定接触点时,它们会产生噪声。
薄膜电阻器具有相当强的均质结构,因此噪声很低。
通过在陶瓷基板上蒸发或喷涂电阻材料(例如氮化钽(TaN),硅铬(SiCr)和镍铬(NiCr))来形成薄膜。
取决于电阻值,该层的厚度通常在10至500埃的范围内。
薄膜中的噪音是由夹杂物,表面缺陷和不均匀沉积引起的(薄膜更薄时更明显)。
这就是为什么电阻膜越厚,电阻值越低,从而噪声水平越低的原因。
在具有大金属电阻元件的电阻器中,可以观察到最低的噪声水平:箔电阻和绕线电阻。
尽管导线由类似于箔材料的金属合金制成,但在电阻器元件的细导线与较粗的电阻器端子的接合处可能会产生其他噪音。
在箔电阻器中,端子和电阻元件是同一箔片的一部分,因此避免了此问题。
但是,绕线电阻器的主要缺点是电感。
电感会导致信号峰值被斩波,电阻的电阻很大程度上取决于信号频率。
此外,必须特别注意与绕线电阻的电抗相关的以下影响:音频放大器可能会在5 MHz至50 MHz或更高的频率范围内自振荡,从而影响音频质量。
等效串联电感(ESL)将引起较大的相移并影响音频音调。
线圈可能会在吸收电磁干扰(EMI)方面发挥作用,超过了通常的电流噪声水平。