Dans la conception et l’analyse des circuits électroniques, les questions de bruit ont toujours été au centre des préoccupations des ingénieurs.résistanceEn tant que composant le plus fondamental du circuit, le bruit qu'il génère - le bruit de la résistance - a un impact important sur les performances et la qualité du signal du circuit. Cet article présentera systématiquement le bruit de résistance dans les circuits, analysera ses causes, ses caractéristiques et ses méthodes de suppression pour aider les lecteurs à mieux le comprendre et l'appliquer.
Le bruit de résistance, également connu sous le nom de bruit thermique ou bruit Johnson-Nyquist, est constitué de fluctuations aléatoires de tension provoquées par le mouvement thermique des électrons dans les conducteurs à l'intérieur de la résistance. Ce type de bruit existe dans tous les éléments résistifs avec température, ne dépend pas de la taille du courant et est positivement lié à la température.
Le bruit de résistance a des caractéristiques à large bande et est souvent considéré comme un bruit blanc, sa densité spectrale de puissance étant essentiellement uniforme sur toute la plage de fréquences. La tension quadratique moyenne du bruit de la résistance est liée à la valeur de la résistance, à la température et à la bande passante. La formule est :
\[ V_{n} = \sqrt{4kTRB} \]
Parmi eux, \(k\) est la constante de Boltzmann, \(T\) est la température absolue, \(R\) est la valeur de résistance et \(B\) est la bande passante de mesure.
Du bruit de résistance peut être ajouté au signal, réduisant ainsi le rapport signal/bruit et affectant les performances des amplificateurs, des capteurs et des systèmes de communication. En particulier dans les applications à faible niveau de signal et à gain élevé, le bruit des résistances devient un facteur clé limitant la sensibilité et la précision du système.
Les performances du bruit résistif varient selon les différents processus de fabrication et matériaux. Les résistances à film métallique ont généralement un bruit plus faible, tandis que les résistances à film de carbone et les résistances synthétiques ont un bruit plus élevé. L'emballage et la construction de la résistance affectent également ses caractéristiques sonores.
La mesure du bruit des résistances nécessite des instruments très sensibles et un environnement à faible bruit. Les méthodes courantes incluent l'utilisation d'un amplificateur à faible bruit pour amplifier le signal de bruit au niveau du port de résistance et l'obtention de la densité spectrale de puissance via un analyseur de spectre pour évaluer le niveau de bruit.
Afin de réduire l'impact du bruit de la résistance sur le circuit, les mesures suivantes peuvent être prises lors de la conception : sélectionner des matériaux de résistance à faible bruit, réduire la valeur de la résistance, abaisser la température de fonctionnement, concevoir raisonnablement la bande passante du circuit et utiliser la technologie de traitement du signal différentiel.
En plus du bruit de résistance, il y a également du bruit de tir, du bruit de scintillement, etc. dans le circuit. Le bruit de résistance est un bruit blanc avec un spectre uniforme, tandis que le bruit de scintillement dépend fortement de la fréquence et apparaît principalement dans la bande des basses fréquences. La distinction entre les différents types de bruit permet d'optimiser la conception des circuits en conséquence.
Les équipements électroniques évoluent vers une haute précision et une faible consommation d'énergie, et les limites du bruit des résistances sur les performances du système deviennent de plus en plus évidentes. En particulier dans des domaines tels que les communications radiofréquences, les instruments de mesure de précision et l’informatique quantique, le contrôle du bruit des résistances est devenu un élément clé de la conception.
Le bruit de résistance dans le circuit est une source inévitable de bruit thermique et ses caractéristiques sont étroitement liées à la température, à la valeur de résistance et à la bande passante. Comprendre le mécanisme de génération et l'impact du bruit de résistance peut aider les ingénieurs à optimiser la conception des circuits et à améliorer le rapport signal/bruit et les performances globales du système. En sélectionnant rationnellement le type de résistance, en réduisant la valeur de résistance et la bande passante et en adoptant une technologie avancée de conception de circuits, le bruit de la résistance peut être efficacement supprimé et répondre aux exigences élevées des applications électroniques modernes. La maîtrise de la connaissance du bruit des résistances est d'une grande importance pour la conception de systèmes électroniques performants.
