下面图表显示了使用不同技术制造的电阻器的噪声指数。
图2.商用电阻器的平均噪声指数 如图表所示,基于复合电阻材料(如碳和厚膜)的电阻器的电流噪声等级最高。为什么呢?这是由于这些电阻元件材料的显着非均质性造成的。这些复合材料中的导电路径是由隔离矩阵中相互接触的导电粒子形成的。当电流流经这些“接触位置”中的不稳定接触点时,它们便产生噪声。 薄膜电阻具有相当强的均质结构,因此噪声较低。薄膜是通过在陶瓷基板上蒸发或者喷溅电阻材料(例如:氮化钽(TaN)、硅铬(SiCr)和镍铬(NiCr))沉积形成的。根据电阻值的不同,该层的厚度范围一般为10到500埃。薄膜中的噪声是由夹杂、表面缺陷和不均匀的沉积(当膜较薄时,更加显着)造成的。这就是电阻膜越厚,电阻值越低,从而噪声等级越低的原因所在。 在具有大金属电阻元件的电阻器中,可以观测到最低的噪声等级:箔电阻和绕线电阻。虽然线是由与箔材料类似的金属合金制成,但是电阻元件细线和比较粗的电阻器接线端子接合点处可能产生额外的噪声。在箔电阻器中,接线端子和电阻元件均为同一块箔的某些部分,因此避免了这个问题。然而,绕线电阻器的主要缺陷是其电感。电感可导致对信号峰值进行斩波以及严重依赖信号频率上的电阻器阻抗。此外,必须对下列与绕线电阻器的电抗相关的影响格外关注: 音频放大器可能在5 MHz至50 MHz以上自振荡,影响音频质量。 等效串联电感(ESL)会引起大相移,影响音频音调。 线圈可能起到拾取电磁干扰(EMI)的作用,超过通常电流噪声等级。 箔电阻器避免了这些问题,因为它们是通过化学蚀刻扁平的大金属箔构成的,因此,在相邻载流路径中的电流流动方向相反,消除了这些路径中的寄生电感。而且,路径到路径的电容为串联,具有将电阻器的寄生电容降至最小的效果。这些低电感/电容电阻器的特点是不可测量的峰值到峰值的信号失真。 在高端音频应用中的箔电阻器 高端模拟音频应用要求固有噪声低、放大线性度高和动态失真极小。典型的音频放大器由电压前置放大器(预放大)和功率放大器(最终驱动)组成。电压前置放大器处理低电平信号。这就是固有噪声等级至关重要的原因。电阻器是放大器中主要噪声源之一。 对音频功率放大器的主要要求是放大线性度高、动态失真极小。箔电阻器的特点是电阻元件(由大金属制成)的固有非线性度非常低。绕线电阻器和一些金属膜电阻器具有类似的非线性度特点,但是,在现实世界中,电阻器的固有线性度不足以确保放大线性度。 |