电阻噪声实验教学系统设计与实现

杨 磊, 杨 明， 付桑笛， 黄冠琛

(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240)

0 引 言

噪声作为一种信息有着广泛的用途，例如，利用电阻的1/f噪声判别电阻的品质[1]，测量不同电流偏置下的噪声来确定PN结中缺陷的数量等[2-3]，因此采集和分析噪声信号在科研活动中越来越重要。

电阻作为常用的电子器件，被运用在各种电子线路中，电阻噪声中有热噪声和1/f噪声。热噪声起源于电阻中电子的随机热运动，其导致电阻两端电荷的瞬时堆积，形成噪声电压[4]。1/f噪声，也称为接触噪声或过剩噪声，它产生的机理一直存在争议，有待进一步研究[5]，有理论认为该噪声是由两种导体的接触点的电导随机涨落引起的。1/f噪声无处不在，在风、光、宇宙射线的强度变化中都发现了1/f波动[4]，其在碳膜电阻中很明显[6]。有研究表明，1/f波动与人在安静时的脑电波和心跳变化相符，能够使人产生愉悦感；同时，1/f噪声还能够反映器件的材质，品质差的器件中往往存在较大的1/f噪声，因此可以利用该类噪声作为鉴别器件性能的指标，国内外学者在这一方面做了很多研究[6-11]。

噪声作为一个重要信息，在教学中被很多课程讨论和分析，但是由于其幅值微弱，很难被观测到，探讨只能停留在课本上，学生很难对其有深刻的理解。本实验装置实现了对电阻噪声的观测，能观察不同状态下热噪声和1/f噪声的变化，同时体积小便于携带，配合笔记本电脑就能在课堂上操作和演示。

1 电阻噪声测量基础

热噪声由物质中电子的随机运动产生，热噪声的功率谱密度谱函数为：