🎯 單元目標
完成本單元後，你將能夠：
- 認識主要雜訊種類（熱雜訊 / 散粒雜訊 / 1/f 雜訊）
- 理解雜訊的物理來源（為什麼「一定會有」）
- 知道雜訊如何進入放大器並被放大
- 建立低雜訊設計的工程直覺（怎麼「管理」）
🧭 一、先給核心觀念
雜訊不是故障，而是自然現象：
- 👉 只要有溫度，就有電子熱運動
- 👉 只要有載子穿越 PN 接面，就有隨機性
- 👉 只要材料/界面有缺陷，就容易有低頻漂移
一句話：
👉 你沒有輸入訊號時，放大器也會“自己說話”。
🧑🏫 二、白話解析（超好懂版）
1) 雜訊像什麼？
把雜訊想成「背景嘶嘶聲」：
- 麥克風不講話也有底噪
- 音響不播歌也會有 hiss
- 放大器不輸入也會有小抖動
✅ 白話結論：
👉 雜訊永遠存在，你只能讓它小到“不影響你要的訊號”。
2) 為什麼放大器特別容易看到雜訊？
因為放大器的工作就是：
👉 把任何小東西放大
包含你要的訊號，也包含它不請自來的雜訊。
🧠 三、主要雜訊類型（先抓三大類就夠）
- 熱雜訊（Thermal noise）：電阻裡電子熱運動 → 任何電阻都會有
- 散粒雜訊（Shot noise）：PN 接面載子「一顆一顆」隨機通過 → 跟電流有關
- 1/f 雜訊（Flicker noise）：低頻特別明顯 → 像慢慢飄、慢慢抖
🧠 四、熱雜訊（電阻的必然代價）
來源：
👉 電阻中的電子熱運動（溫度越高越明顯）
ASCII 直覺圖：
R
Vin o--/\/\/\--o---->
~~~ （R 自己會產生隨機小電壓）
工程直覺：
- 電阻越大 → 這個雜訊更容易被「看見」
- 頻寬越寬（你想跑很快）→ 你收進來的雜訊也越多
🧠 五、散粒雜訊（PN 接面的隨機穿越）
來源：
👉 載子穿越 PN 接面不是連續水流，是一顆一顆通過 → 天生有抖動
直覺圖：
PN 接面（B-E）
電子不是「穩定連續」
而是「一顆一顆」跳過去
..... . . .. . . ... （隨機）
工程直覺：
- 電流越大 → 通過的「顆粒」越多 → 抖動特性改變（常見結論：雜訊跟電流相關）
- 對 BJT 而言，輸入端（B-E）很敏感，所以容易影響前級低雜訊設計
🧠 六、1/f 雜訊（低頻最討厭的漂移）
特性：
- 低頻很強、高頻變弱
- 常見表現是：輸出慢慢漂、底線不穩
ASCII 直覺圖：
低頻（慢速）抖動大： _-__--_---_-__-
高頻（快速）反而較少：~~~~~~~~~~~~~~
工程直覺：
- 做「超低頻」「DC 放大」「感測器」時最痛苦
- 很多時候要靠：濾波、斬波/調變、系統層級方法來處理
🧠 七、雜訊怎麼進放大器？（路徑圖：超關鍵）
雜訊不是只有 BJT 自己，外部也會灌進來：
(訊號源) (偏壓電阻) (BJT)
Vin o--Rs--o--/\/\/\--o----B |\
| Rb噪訊 | >---- Vout（放大後）
| |/
GND E
你會看到三個入口：
- 訊號源內阻 Rs 的熱雜訊
- 偏壓電阻（Rb、Re、Rc）的熱雜訊
- BJT 本身（BE/BC）的散粒與 1/f 雜訊
✅ 工程句：
👉 前端越前面產生的雜訊，越可怕，因為後面都會幫它放大。
🧠 八、工程後果
- 雜訊會被放大 → 變成輸出底噪
- 你的最小可辨識訊號變大 → 小訊號被埋掉
- 訊噪比（SNR）下降 → 系統性能變差
🧾 九、一句話記住本單元
🔊 雜訊無法消除，只能管理（靠電路＋佈線＋頻寬策略）。
🔬 電子學實驗題（34/120）
實驗名稱：觀察放大器輸出雜訊（Output Noise Floor）
🎯 實驗目的
- 在「沒有輸入訊號」時，觀察放大器輸出仍存在的底噪
- 建立：雜訊不是故障，而是放大器必然代價 的直覺
🧰 實驗器材
- 放大器電路（CE 或運放皆可，但此單元以 BJT CE 為主）
- 示波器（可調 AC coupling 更好）
- 麵包板/導線（會額外加雜訊，反而更好觀察）
- （可選）10× 探棒、短地線彈簧
🔧 實驗接線 ASCII 圖（輸入接地、看輸出）
A. CE 放大器輸出雜訊觀察
VCC
|
[RC]
|
Vout o----+-------> CH1（示波器）
|
C
|\
B o-----| > NPN
|/
E
|
[RE]
|
GND
輸入端：把 B 端用電容/電阻正常偏壓，但「AC 訊號」接地
B. 最簡單的「輸入接地」做法
（避免天線效應）
Vin_in o----[ 0Ω / 短線 ]----GND
🔧 實驗步驟（務實版）
- 把輸入訊號關掉（函數產生器輸出 OFF 或設 0V）
- 把輸入端確實接地（別懸空）
- 示波器設定：
- 先用 DC coupling 看整體漂移
- 再切 AC coupling 放大看「小抖動」（更容易看到噪聲）
- 調整 V/div 到 mV 等級，觀察輸出仍有起伏
- （加分）改變頻寬限制（若示波器有 20MHz BW limit）：
- 開啟 BW limit → 看雜訊變小（因為收的高頻雜訊變少）
📊 預期觀察
- 即使輸入接地，輸出仍有小電壓起伏（底噪）
- 你把示波器時間軸縮短、看更高頻時，會看到較密的抖動
- 你把頻寬限制打開（BW limit），雜訊會明顯下降
✅ 專業解析（含 ASCII 圖）
解析一、你量到的不是「一種雜訊」，而是一鍋湯
輸出雜訊 ≈
(電阻熱雜訊) + (BJT散粒雜訊) + (1/f雜訊) + (電源/環境耦合雜訊)
解析二、輸入端懸空會嚴重誤判（實務大坑）
如果你把輸入端放著不接地，它會變成天線：
(懸空) B o~~~~~~(接收到環境 60Hz/雜訊)~~~~~~
所以一定要：
- 輸入端短接到地
- 探棒用 短地線（地線太長也是天線）
解析三、低雜訊設計的實務直覺（你後面可延伸）
1) 先管頻寬（Bandwidth）
你收得越寬，雜訊越多。
👉 只要夠用，就別開太寬。
2) 前端電阻不要亂放大
偏壓電阻太大 → 熱雜訊更容易變成輸入雜訊。
👉 前級的電阻要小心選。
3) 佈線與接地比你想像更重要
- 地線長、迴路大 → 外界耦合上來
- 麵包板寄生 → 雜訊更明顯
🧠 工程結論
👉 安靜是設計出來的：
你不是把雜訊消掉，而是靠 頻寬管理、元件選擇、偏壓取捨、佈線接地
讓雜訊低到不影響你的訊號與規格。
