[科普中国]-晶体管噪声

晶体管噪声是指在晶体管内，载流子的不规则运动引起不规则变化的电流起伏，因而产生不规则变化的电压起伏，这种不规则变化的电流和电压形成晶体管的噪声。晶体管噪声是晶体管的重要参数。

概述晶体管按工作原理可分为两大类，一类是双极型晶体管；另一类是单极型晶体管,即场效应晶体管（FET）。双极型晶体管的噪声按物理来源通常分为四类：热噪声、散粒噪声、配分噪声和1/f噪声1。

分类热噪声晶体管的基区或各项电阻上载流子的不规则热运动产生的电流起伏，即为热噪声。由于热噪声频谱是均匀分布的，又称为白噪声。

散粒噪声晶体管中少数载流子通过发射极－基极结注入到基区时,少数载流子的数目和速度都有起伏,引起通过结的电流的微小变化。同时，少数载流子在基区内的不规则运动，包括所产生的复合过程也将引起电流起伏，这些都属于晶体管的散粒噪声。散粒噪声与频率无关。

配分噪声在晶体管基区中，发射极电流的一部分变为集电极电流，另一部分变为基极电流，有一个由空穴－电子复合作用而定的电流分配系数。复合现象本身同样受到热起伏效应的影响，因此分配系数不是恒定的。它的微小变化也会引起集电极电流的起伏，这就是晶体管的配分噪声。

1/f 噪声在晶体管噪声频谱(图[晶体管的噪声频谱])中，低频时噪声急剧上升,呈1/f关系。随工艺条件、表面处理和环境气氛等的不同，取1～2之间,故常称为1/f噪声。低频噪声产生的原因和机理很复杂,尚待深入研究。

噪声系数晶体管的噪声系数有多种定义方法。常用输入信噪比与输出信噪比的相对比值作为晶体管的噪声系数,即[479-01]。噪声系数通常以分贝为单位来表示。降低晶体管噪声的主要途径是提高截止频率和降低基区电阻。

场效应晶体管噪声FET的噪声源一般有三项：热噪声、感应栅噪声和1/f噪声。FET的热噪声主要来源于沟道电阻、栅电阻和源串联电阻。感应栅噪声是因为沿沟道的噪声电压起伏通过电容耦合到栅极上感应出的电荷变化而出现的噪声电流。由于沟道的热噪声和感应栅噪声都是由相同的噪声电压在沟道中引起的，因而它们之间有部分相关性FET噪声频谱与双极型晶体管类似。减小FET噪声的主要途径是提高跨导,减小栅电容和降低寄生电阻值。由于FET是多数载流子器件,从原理上讲，比双极型晶体管工作频率高，噪声系数低2。

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学