【国家标准(GB)】 固定电阻器电流噪声测量方法

UDC621.316.8:534.61
GB 5893-1986.doc
中华人民共和国国家标准
GB 7016--86
IEC 195-1965
固定电阻器电流噪声测量方法
Method of measurement of current noisegenerated in fixed resistors1986-11-20发布
国家标准局批准
1987-09-01实施
目的·
2范围
3术语…
3.1噪声电压
3.2热噪声电压·
3.3电流噪声电压
3.4电流噪声指标
4电流噪声测量系统·
4.1输人电路
4.2直流系统
4.3·交流测量系统·
4.4.功能开升关…
校准电压的确定
.6测量程序
校准·
系统噪声的测量·
总噪声的测量·
电流噪声指标的计算·
说明和注意事项
制造仪器时的注意事项·
使用仪器时的注意事项·
性能校验
（1）
（4）
（5）
（5）
（5）
（5）
（5）
中华人民共和国国家标准
固定电阻器电流噪声测量方法
Method ofmeasurement of current noisegenerated in fixed resistorsUDC 621.316.8
：534.61
GB701686
IEC195-1965
本标准等同采用国际标准IEC195（1965年）《固定电阻器电流噪声测量方法》。1目的
本标准的目的是使测量固定电阻器电流噪声的测量方法和相关的测试条件标准化，以便能够比较测量结果。本标准对电流噪声的合格极限值未做规定。本标准规定了推荐用来确定任一给定型号固定电阻器的“噪声”即电流噪声大小的测量系统和测量程序。
2范围
本标准中所述的测量方法适用于电路（例如某些低信号电平的音频或其他低频电路）中对电阻器电流噪声有严格要求的各种固定电阻器，但这并不表明是一种通用的规范要求。3术语
3.1噪声电压
噪声电压是一种自发的起伏电压，它的瞬时幅值是没有规则的，因此只能用概率的方法来描述。通常人们最感兴趣的幅值特性不是它的瞬时值，而是它的“时间平均值”。常用的并在本标准中采用的噪声幅值的测量是测量规定通带内传输的噪声电压的均方根值。3.2热噪声电压
电阻器中的热噪声电压是由电荷不规则的热骚动而引起的一种起伏电压。它在所有电阻器中都存在。热噪声电压实际上不需要测量，因为从测量系统指示出的电阻器开路端起伏电压的均方值可用奈奎斯特（Nyquist）方程进行计算：W= 4KTRAf
式中：k—波尔兹曼常数，1.38×10-23T—绝对温度，K;
R—电阻值，Q；
△f测量系统的有效通频带，Hz。W.s
一个电阻器可以用一个零阻抗的热噪声电压发生器和一个无噪声的电阻器串联来表示。虽然本标准涉及的是电阻器电流噪声的测量，但热噪声的存在是不能忽略的，因为在测量时被试电阻器中的热噪声往往是一种主要的扰源。3.3电流噪声电压
在固定电阻器中当有直流电流存在时所产生的电流噪声就会在其热噪声均方电压上，引起一个均方电压增量。电流噪声电压就是总噪声电压的均方根值与热噪声电压的均方根值之差。一个有电流噪声的电阻器，可以用一个零阻抗的电流噪声电压发生器和一个独立的（非相干的）国家标准局1986-11-20发布
1987-09-01实施
GB7016-86
热噪声电压发生器以及一个无噪声的电阻器三者串联来表示。单位通带的电流噪声电压的均方值大体上和频率成反比变化。假如均方电压和频率成反比，那么具有相同上下边界频率比的理想矩形通带都能从一个给定的噪声源传输等盘的噪声电压。3.4电流噪声指标
以分贝为单位的电流噪声指标“十倍频程通带的每伏微伏数”是用来表示具体电阻器“噪声特性”的术语。
和电流噪声指标有关的理想矩形通频带是一个十倍频程通带，其几何中心频率为1000Hz。电流噪声指标定义如下：
电流噪声指标=201og10
式中：Vms-
dB（在十倍频程通带内）
一十倍频程通带中的电流噪声电压的开路均方根值，μV，V，一加在被测电阻器上的直流电压，V。由于电流噪声功率频谱近似为1/频率特性，该指标可为任何一个十倍频程通带中的电流噪声提供评价。
4电流噪声测量系统
推荐的仪器应符合图1方框图所示。该噪声测量系统可以看成是由直流系统、输人电路及交流系统三个部分组成的。
4.1输入电路
输人电路由隔离电阻器（R）、被试电阻器（R）以及校准电阻器组成，如图1所示。输人电路
两离电阻器R，
直流电源
直流电子管电压表
敲试电
阻器RT
校准信号源1000Hz
图1·系统方框图
交资费
平方律检被器
GB 70.16—86
隔离电阻器是用来减少直流电源对被测电阻器噪声的分路作用的。需要有若干隔离电阻器以适应被测电阻器的阻值范围，而且这些隔离电阻器应能按要求转接到电路中去。至少要有四只隔离电阻器才能满足表1中规定的测量条件的需要。这些电阻器应当是没有电流噪声的。
被测电阻器应装在一个与外部电磁场屏蔽的适当试夹具上。校准电阻器应当是没有噪声的，其阻值为1Q，额定功耗不小于0.5W。4.2直流系统
直流系统由直流电源和直流电子管电压表（d.c.V.T.V.M.）组成。4.2.1直流电源
直流电源应当稳定，并能提供适当范围的电压。所要求的实际电源电压取决于表1所列的被测电阻器阻值（R）、要求的测试电压（V）以及隔离电阻器阻值（Rm）。适合测量要求的直流电源所引入的交流声和噪声干扰，在直流电流通过一个无电流噪声的被测电阻器（如线绕电阻器）时，噪声表的附加偏转应小于0.5dB。
4.2.2直流电子管电压表
电子管电压表在从直流到1600Hz频率范围内应具有不小于4M的稳定阻抗。其时间常数应小于0.5s。
与步进衰减器相连接的电表应能以土3%的精度指示出所要求的直流测试电压。该电表应该用伏特（V）和分贝（dB）两者刻度（0dB为1V）。当电子管电压表和输人电路连接时，由电子管电压表所引人的干扰使噪声电表产生的附加偏转应不大于0.2dB。4.2.3推荐的工作条件
一般情况下，噪声电压（均方根值）与施加的直流电压（V）近似成比例。然而，为了保证各种电阻器测量结果的最大可比性并有助于避免输人电路元件过负荷，推荐使用表1给出的适用于被测电阻器较宽阻值范围的推荐工作条件。推荐的直流电源应能提供表1规定的电压。当表1中推荐的直流电压或功耗超过被测电阻器连续额定值时，则用最大额定值代替表1中的规定值。表1给出了一套用于被测电阻器阻值从1002到22M2的推荐工作条件。至少需要四个隔离电阻器（R）。这些电阻器应该是没有电流噪声的（例如优质线绕电阻器），并且应包括从10002到1MQ四个十进值。每个隔离电阻器的额定功耗应不小于1W，而阻值允许偏差应为±1%。4.3交流测量系统
交流测系统由校准信号源、交流带通放大器、半方律检波器和指示器组成。4.3.1校准信号源
只有在校准时才接人的校准信号源应当是一个稳定的正弦波发生器，其信号频率固定在980Hz到1020Hz范围内。
校准信号源的输出应在12的校准电阻器两端提供一个电压。该电压应能在0.6~0.7mV范围内进行调节，其稳定度应在土2%以内。4.3.2交流带通放大器、平方律检波器和指示器放大器的增益应足以测量出当输人端短路和下述可调增益控制调到接近最小增益位置时的电路噪声。
电路噪声应不大于等效6.2k2电阻器的热噪声。因此在不改变放大器增益的情况下，用6.2k±5%的电阻器取代输人短路时，输出读数的增加应不小于3dB。在这一试验中隔离电阻器（R）不小于100k2，同时在试验中不存在直流电流。放大器应能测量达650μV的输入信号。当系统被校准时，该信号幅度的度盘读数约为60dB。为了保持整个系统的增益不随表1的输入条件而改变，就应当有一个连续可调的增益控制。必要的增益控制范围大约为33dB。
GB7016-86
通带应当是半的，并应有一个约为1000±50Hz的固定半功率通带，其几何中心在1000±50Hz，通带半顶部分的波动不应超过±0:2dB。这些要求对于表1中所列的测量条件都必须得到满足。无论是第5章中所确定的A值，还是半功率通带，在所推荐的任何测量条件下，相对于测量条件的变化都不应大于±4%。100α和22M2的一致性是经过充分考虑的。
交流放大器、光方律检波器和指示电表应该适应噪声信号的特点，不会因限幅而引入显著的误差。因此，要求它们的动态范围在指示的均方根值以外至少扩展10dB。交流测量系统应当以分贝（dB）刻度，刻度从-20dB至少到+60dB，在十倍频程通带中0dB为1μV。检波器和电表的精度应为±0.4dB。时间常数应为0.8到1.5s。4.4功能开关
在测量时，通常用三位开关接连进行三步操作是比较方便的（见第6章），其步骤如下：4.4.1校准
在此位置，隔离电阻器Rm接地而不接到直流电源。同时1000Hz的校准电压加到校准电阻器上。4.4.2系统噪声的测量
在此位置，断开校准电压，而其它连接同4.4.1条。4.4.3总噪声的测量
在此位置，把在4.4.1和4.4.2条中接地的R和地断开，接到直流电源，结果直流电压加到被试电阻器上。此时不加校准信号电压。5校准电压的确定
正确的校准电压值产生的噪声电表偏转，应等于十倍频程通带中1mV有效值的电流噪声电压发生器所产生的偏转。当测量系统校准时，该校准电压应该产生一个等于+60dB的电表读数。校准电压用下列公式计算：
:0.659VAmV
A表示上下边界频率分别为f,和f的理想通带的表达式loge是按下述方法计算的：
。任何一个带通放大器的A值
在系统的整个通带中测量增益对频率的响应。增益是由输出电表指示的输出电压与施加在校准电阻器两端的输入电压之比的平方。然后计算出各个频率的增益与校准频率的增益之比，最后用以赫兹（Hz）为单位的相应频率去除这些增益比值，并在直角坐标纸上绘出此结果值与频率的关系曲线。所得曲线下的面积就等于A且近于1。确定面积A的精度应当在±2.5%以内。校准信号源必须调准到使供给校准电阻器两端的电压有效值在计算值的土2%以内。利用热噪声校准噪声测量系统精度的另一种方法见第8.3.1条。6测量程序
整个操作包括三个连续步骤：
a.校准；
b.系统噪声测量；
c，总噪声测谢以及同时测量被试电阻器的直流电压。在测量成批规格相同的电阻器时，利用稳定的专用测量仪器能够节约可观的时间，因为必须重复进行的校准和系统噪声测量的时间间隔取决于仪器的稳定性和要求的精度。4
6.1校准
GB7016—86
将被测电阻器插人测试夹具内，将按表1规定的适当的隔离电阻器接入电路。功能开关置于“校准”并调整增益控制使噪声电压表指到+60dB或它的等效值。6.2系统噪声的测量
功能开关置于“系统噪声”。5～6s后，让电表达到一个有代表性的平均值，即可读出系统噪声（S）的分贝值。
6.3总噪声的测量
功能开关置于“总噪声”，于是直流电压加到被测电阻器上。然后把直流电压调整到所要求的数值，5～6s后，就可读出以分贝表示的直流电压（D）和总噪声（T）。6,4电流噪声指标的计算
电流噪声指标可由上述三个测量值S、T和D计算：电流噪声指标=T-f（T-S）-D
表2给出了作为（T-S）的函数f（T-S）的数值。当（T-S）之差超过15dB时，f（T-S）实际上等于零，可以忽略。
7精度
噪声电压的测量精度应为土0.75dB。当电流噪声大于系统噪声，即（T-S)>15dB时，确定电流噪声指标的精度应为±1dB。
当测出的总噪声值接近于系统噪声值时，确定电流噪声指标的精度下降，因此在（T－S）小于1.0B时，不推荐用本系统去精密地确定该指标。然而在这种情况下，可以表示出该指标的最大数值：
当（T-S）<1dB时，
电流噪声指标某些电阻器噪声测量数值的变化大于0.75dB是常见的。应当认为这种电阻器重复测量结果的不一致性并不一定是反映了测量系统精度的降低，而是电阻器噪声特性的一种反映。8说明和注意事项
在制造和使用电流噪声测试仪时，有许多应注意的事项。8.1制造仪器时的注意事项
8.1.1屏蔽
在制造仪器时应采用良好的屏蔽。输人电路工作于极低电平，因此输电路中的所有元件和引线都必须很好地屏蔽，载有大信号的元件不应安置在输人电路附近。8.1.2输人阻抗
与Rm和被测电阻器并联的输人阻抗会使噪声信号衰减。因此在600Hz到1600Hz频率范围内，该阻抗应大于4M。
应该采用短线、合理布线以及仔细的安装以使被测电阻器和交流带通放大器输人端的引线间和引线对地的电容降到最小。
8.2使用仪器时的注意事项
8.2.1安置
灵敏的噪声测量通常要恰当地注意到测试仪器的安置问题。工作地点应该没有强电场和强磁场以及强电磁辐射源，但通常它不需要在屏蔽室内工作。工作地点应该没有强机械振动和强声源。在选择合适的工作地点时，上述意见可作为指南。仪器安置是否适宜，可以通过在选定的位置与在“静区”间比较测量仪器性能的方法未确定。抗一般是很容易鉴别出来的。5
8.2.2环境条件
GB 7016-86
在测试前，仪器及被测电阻器应在25±5℃的环境温度和低于60%的相对湿度下至少保持24h。8.3性能校验
这里推荐两种校验仪器性能的方法。第一种方法取决于仪器和热噪声的测量，而另外一种方法包括重复测量一批指定的电阻器。8.3:1利用仪器和热噪声的测量来校验仪器的性能功能开关转到“校准”并把R两端短路。然后把增益调整到“校准线”并在以后的该测试中，使它保持在这个位置上。
然后把功能开关转到“系统噪声”并读出噪声。将短路移开，并读出对每一个Rm值的噪声，这些读数应在下列范围内：
10 000
100 000-
实际值
注；增益必须调整到在R+短路时的“校准线”上。系统噪声读数的允许范围
-9～-4.5
-5~- 2
+14~+18
前两个读数主要是测量放大器的噪声，后两个读数主要是测量R㎡在仪器通带内的热噪声。第三个读数同时受两种因素的影响。
8.3.2用比较重复测量结果来校验仪器的性能校验仪器工作稳定性的一种可行的方法是保留一组“校验”电阻器的测试记录。这组“校验”电阻器最好由不同型号的电阻器组成，而且其阻值和电流噪声值要有较大的代表范围。以控制图的形式画出噪声对时间的关系曲线是建议用来发现仪器不稳定的一种简单有效的方法。表1推荐工作条件
>0.5W额定功耗
0.25、0.125和0.1W额定功耗
10 000
12 000
15 000
18 000
22 000
33 000
39 000
47 000
56 000
68 000
10 000
10 000
10 000
10 000
10 000
10:000
10 000
100000
100000
100 000
100 000
100 000
100000
100000
>0.5W额定功耗
GB 7016-86
续表1
10 000
10 000
10 000
0.25、0.125和0.1W额定功耗
10 000
10:000
10 000
100 000
100 000
100 000
100 000
100 000
100 000
100000
100 000
100 000
100:000
100000
100 000
120000
150000
180 000
220 000
270000
330000
390 000
470 000
560000
680 000
820 000
100000
100000
100 000
100000
100000
100000
100000
100 000
>0.5W额定功耗
表中：R—被试电阻器；
Rm—隔离电阻器;
D = 20log ioVt
GB7016—86
续表1
V—Ri两端的直流电压；
PT——R的功耗。
0.25、0.125和0.1W额定功耗
100 000
100 000
100 000
100 000
100000
100000免费标准bzxz.net
100000
100 000
f(T-S)
修正系数
GB7016-86
表2系统噪声修正系数
*电流噪声指标小于(T-7-D）dB。f(T-S)
修正系数
10.0~11.5
11.6~12.7
12.8~14.5
14.5~15.0
修正系数
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