在高端音频应用中电阻的研究.doc
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1、在高端音频应用中电阻的研究对于高端音频设备,认真选择电阻是避免或减少信号通道噪声或失真的一种最有效的方法。本文介绍采用现有各种电阻技术生产的电阻产生的噪声,以及每种电阻引入的典型噪声量。噪声是叠加在有用信号上的一种不应有的宽频谱信号,包括DC。与其他无源器件一样,电阻是一种噪声源,其严重程度取决于电阻值、温度、施加的电压和电阻类型。业界为了证明为什么有些电阻比其他电阻“噪声大”做了大量实验,但音频专家和发烧友唯一达成共识的实验,则是在实际音频系统使用不同电阻技术的情况下对比保真度的结果。电阻噪声电阻整体噪声由多种分量组成。与音频应用最相关的是热噪声和电流噪声。热噪声的显著特点是与电阻材料无关。
2、事实上,在电阻和温度相同的情况下,任何类型电阻的热噪声是一样的。热噪声电压功率谱密度ST V2/Hz 在整个温度范围内均匀分布,可采用以下公式表示 1, p.76:ST = 4kTR式中R - 电阻阻抗 ,T - 电阻温度 K,k = 1.380710-23 J/K - 玻尔兹曼常数。另一方面,电流噪声与电阻材料的类型直接相关。实验证明,电流噪声的电压功率谱密度与电阻DC压降U的平方成正比,与频率f成反比 2, p.164:SE = (C ? U2) / fC是常数,依电阻元件的材料及其生产工艺而定。电阻总噪声电压功率谱密度S如图1所示。图1: 电阻总噪声电压功率谱密度。(电流噪声为主 热噪声
3、为主)电阻电流噪声大小通常以V/V或分贝为单位表示 (称为噪声指数 NIdB)NIdB = 20log(u / U) ? 106式中,u代表十倍频带宽均方根噪声电压,U代表电阻DC压降。u和U以伏为单位测量。噪声指数越低,电阻的电流噪声越小。下图所示为采用不同技术生产的电阻的噪声指数 2, p.168。图2. 商品化电阻平均噪声指数。(图文:NI dB、分立电阻、碳质电阻、碳膜电阻、 金属膜电阻、线绕电阻、集成电阻、薄膜电阻、厚膜电阻)从图中可以看出,基于碳阻材料的电阻,如碳质电阻和厚膜电阻,电流噪声最高。为什么? 因为这类电阻元件材料的不均匀性非常高。复合材料中的传导通道是由孤立矩阵中相互连
4、接的导电粒子构成的。当电流通过时,这些“相接点”接触不稳会产生噪声。薄膜电阻结构相当均匀,因此噪声小。薄膜电阻采用蒸发或溅射技术,将电阻材料 (如氧化钽TaN,硅铬SiCr和镍铬NiCr) 附着在陶瓷基片上。涂层的厚度一般为10到500埃,取决于阻值。薄膜电阻噪声是由于阻塞、表面不平整、沉淀层不均匀造成的,镀膜越薄,这种情况越严重。这是为什么电阻膜越厚,阻值越小,噪声越低的原因。在对电阻的观察中可以看到,大金属箔电阻元件噪声最低:金属箔电阻和线绕电阻。线绕电阻的电阻丝采用类似金属箔的金属合金,但电阻元件细丝接头处和比较粗糙的电阻端子会增加噪声。金属箔电阻的端子和电阻元件是一体的,因此避免了这一
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