สัญญาณรบกวนจากตัวต้านทานคืออะไร?

สัญญาณรบกวนเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์สำหรับตัวต้านทาน ในบางการใช้งาน คุณสมบัติของสัญญาณรบกวนมีความสำคัญ ตัวอย่างเช่น วงจรขยายสัญญาณที่มีอัตราขยายสูง วงจรขยายประจุ และสัญญาณระดับต่ำ สัญญาณรบกวนของตัวต้านทานมักระบุเป็นไมโครโวลต์ต่อโวลต์ของแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย สำหรับแบนด์วิดท์ 1 เมกะเฮิร์ตซ์ สัญญาณรบกวนจากความร้อนเป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนหลักสำหรับตัวต้านทาน โดยขึ้นอยู่กับตัวแปรสามตัว ได้แก่ ความต้านทาน อุณหภูมิ และแบนด์วิดท์ ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ทั้งสามนี้อธิบายได้ด้วยสูตร:

โดยที่Eคือสัญญาณรบกวน RMS ในหน่วยโวลต์, Rคือความต้านทานในหน่วยโอห์ม, kคือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์, Tคืออุณหภูมิในหน่วยเคลวิน และ ΔF คือแบนด์วิดท์ในหน่วยเฮิรตซ์ สมการแสดงให้เห็นว่าระดับสัญญาณรบกวนสามารถลดลงได้โดยการลดความต้านทาน อุณหภูมิ หรือแบนด์วิดท์ เมื่อทราบค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์แล้ว สูตรจะง่ายขึ้นเป็น:

โดยที่Eคือแรงดันสัญญาณรบกวนในหน่วยนาโนโวลต์, Rในหน่วยกิโลโอห์ม และ Δ Fในหน่วยกิโลเฮิร์ตซ์

สัญญาณรบกวนจากความร้อนและกระแสไฟฟ้า

สัญญาณรบกวนมีสองประเภท ได้แก่ สัญญาณรบกวนจากความร้อนและสัญญาณรบกวนจากกระแสไฟฟ้า เพื่อให้เข้าใจหลักการเหล่านี้ จะมีการอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติม ในวัสดุทุกชนิด อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การเคลื่อนที่ก็จะเพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนของอิเล็กตรอนทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาที่ขั้วของชิ้นส่วน เนื่องจากการสั่นสะเทือนเป็นแบบสุ่มโดยสมบูรณ์ สัญญาณไฟฟ้าจึงเป็นสัญญาณรบกวน ซึ่งเรียกว่าสัญญาณรบกวนจากความร้อนหรือสัญญาณรบกวนจอห์นสัน เป็นสาเหตุหลักของสัญญาณรบกวนในตัวต้านทาน สัญญาณรบกวนจากความร้อนจะคงที่ในช่วงความถี่กว้าง ในขณะที่สัญญาณรบกวนจากกระแสไฟฟ้าจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น สัญญาณรบกวนจากความร้อนจะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าความต้านทานมากขึ้น ในขณะที่สัญญาณรบกวนจากกระแสไฟฟ้าจะลดลง

มาตรฐานเสียงรบกวน

วิธีการวัดสัญญาณรบกวนกระแสไฟฟ้าของตัวต้านทานถูกกำหนดไว้ในมาตรฐาน IEC 60195 ซึ่งทำให้สามารถเปรียบเทียบผลิตภัณฑ์จากผู้ผลิตต่างๆ ได้ สัญญาณรบกวนกระแสไฟฟ้าของตัวต้านทานจะถูกอธิบายด้วยดัชนีสัญญาณรบกวนกระแสไฟฟ้าพร้อมรหัสตัวเลข

ตัวต้านทานเสียงรบกวนต่ำ

ตัวต้านทานแบบฟิล์มบาง ฟอยล์โลหะ และแบบพันลวด มีคุณสมบัติในการลดสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าชนิดอื่นๆ ดังนั้นจึงมักถูกนำไปใช้ในงานขยายสัญญาณที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ ตัวต้านทานแบบคาร์บอนคอมโพสิตและแบบฟิล์มหนาเป็นชนิดที่แย่ที่สุด เนื่องจากมีสัญญาณรบกวนสูงจากโครงสร้างและวัสดุที่ใช้

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนจากตัวต้านทานในการใช้งาน

ในวงจรขยายสัญญาณทุกวงจร ตัวต้านทานอินพุตมีความสำคัญอย่างยิ่ง สัญญาณรบกวนใดๆ ที่อินพุตจะถูกขยายด้วยอัตราขยายเต็มที่ ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องเลือกตัวต้านทานที่มีสัญญาณรบกวนต่ำในขั้นแรก รวมถึงค่าความต้านทานต่ำด้วย อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นสำหรับตัวต้านทานโหลดหรือตัวต้านทานป้อนกลับของแอมพลิฟายเออร์ เนื่องจากอัตราขยายที่ได้จากค่าความต้านทานสูงนั้นมากกว่าระดับสัญญาณรบกวนที่สูงขึ้น เนื่องจากสัญญาณรบกวนจากความร้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ การระบายความร้อนให้กับขั้นอินพุตจึงมีประสิทธิภาพมากในการลดสัญญาณรบกวน