散粒噪声

散弹噪声

散粒噪声（shot noise)通信设备中的有源器件(如电真空管）中，由于电子发射不均匀性所引起的噪声。又称散弹噪声。

概述

散粒效应噪声是Schottky于1918年研究此类噪声时,用子弹射入靶子时所产生的噪声命名的。因此,它又称为散弹噪声或颗粒噪声。在电化学研究中,当电流流过被测体系时,如果被测体系的局部平衡仍没有被破坏,此时被测体系的散粒效应噪声可以忽略不计。

散粒噪声是由形成电流的载流子的分散性造成的，在大多数半导体器件中，它是主要的噪声来源。在低频和中频下，散粒噪声与频率无关（白噪声），高频时，散粒噪声谱变得与频率有关。

散粒噪声有白噪声的特性，其电流均方值与电子电荷量q、总的直流电流Idc和带宽delt(f)成正比关系：I^2=2*q*Idc*delt(f)。

来源

20世纪初，人们发现当放大器增益很大时，被放大的微弱信号将被放大器自身产生的噪声所淹没。1918年，W．肖特基（W．Schottky)首次阐明了这种噪声的机理，他认为真空管的阳极电流是由阴极发射的离散电子所形成，每个电子到达阳极的时间是随机的。在给定的温度下，真空管热阴极每秒发射的电子平均数目是常数。不过，电子发射的实际数目是随时间变化和不能预测的，如果将时间轴划分为足够多的等间隔的小区间，则每个小区间内电子发射数目不是常数而是随机变量。因此，发射电子形成的电流并不是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化。

由于总电流实际上是由大量单个电子单独作用的总结果。从阴极发射的每个电子可以认为是独立出现的，而且1A的平均电流相当于1秒内通过的电子数达6×1018个。所以，总电流是大量的独立小电流之和，根据概率论的中心极限定量，总电流是一个高斯（正态）随机过程。从频域上看，在非常宽的频率范围内（通常认为不超过100MHz），其噪声电流的功率谱密度是一个恒定值，即具有白色谱的特性，所以散粒噪声是高斯白噪声中的一种主要类型。它存在于有源器件之中，如电真空管、晶体管、隧道二极管、行波管、变参器件、集成电路等，所以又称为有源噪声。

物理领域

散粒噪声是一种实验观测中的读出噪声，当观测中数量有限的携带能量的粒子（例如电路中的电子或光学仪器中的光子）数量少到能够引发数据读取中出现可观测到的统计涨落，这种读出的统计涨落被称作散粒噪声。这种噪声在电子学、通信和基础物理领域是相当重要的概念。

这种噪声的强度随着平均电流强度或平均光强度增加，但是由于电流强度或光强度的增加会使信号本身的强度增加相对散粒噪声的增加更快，增加电流强度或光强度实际是提升了信噪比。

散粒噪声

在量子光学中，散粒噪声来源于光量子的涨落，也就是电磁场能量的量子化。散粒噪声是量子噪声中主要的部分。

散粒噪声不仅能够在少量光子的场合使用光电倍增管测量，也能够在强光场合使用光电二极管并以高时间分辨率的示波器测量。由于光电流和光强（光量子数）成正比，电磁场能量的涨落经常能够包含在对电流的测量中。

措施

为了减少通信中散粒噪声的影响，一般是在接收机的前置级采用低噪声器件，或者是将前置放大器放置在绝对温度很低的容器中工作。这一措施，在接收很微弱信号的卫星通信中经常采用。

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