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在高端音频设备中,慎重地选择电阻器是避免或将信号路径中的噪声和失真降至最低的最佳方法之一。本文描述了使用各种现有电阻器技术制造的电阻器中噪声的生成情况,并且对每种类型的典型噪声插入进行了量化。
噪声是一种可能叠加在任何有用信号(含直流)上的无用宽频谱信号。像其他无源器件一样,电阻器会产生不同程度的噪声,噪声大小取决于电阻值、温度、施加的电压以及电阻器类型。
有很多实验阐明某些电阻器比其他电阻器“噪声大”的原因。然而,音频专家和发烧友均认同的唯一检测方法就是:比较在实际音频系统中使用不同电阻器技术时形成的保真度。
电阻器中的噪声
电阻器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。
热噪声的显着特点是与电阻材料无关。事实上,如果电阻和温度相同,任何类型的电阻器的热噪声等级均相同。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。其可以用下列表达式表示:
其中
R – 电阻器的电阻[W],T – 电阻器温度[K],k = 1.3807´10-23 J/K – 玻尔兹曼(Boltzmann)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,电流噪声的电压谱密度SE与电阻器上的直流电压降U的平方成正比,与频率f成反比:
C是取决于电阻元件材料及其制造工艺的常数。
图1显示了电阻器中总噪声电压的谱密度S。
图1.电阻器中总噪声电压的谱密度
电阻器中电流噪声等级通常用单位μV/V或者分贝(按照噪声指数[NI]dB)表示
其中,u是十进位带宽上的均方根噪声电压,而U是电阻器上的直流电压降。u和U的测量单位均是伏特。