三網(wǎng)絡元件與偏置電路對噪聲的影響學習課件PPT學習教案

1、會計學1 三網(wǎng)絡元件與偏置電路對噪聲的影響學三網(wǎng)絡元件與偏置電路對噪聲的影響學 習課件習課件 ：并聯(lián)網(wǎng)絡阻抗， ；Parallel network impedance ：串聯(lián)網(wǎng)絡阻抗， ；Series network impedance ： 源電阻熱噪聲電壓， ； Thermal noise voltage of source resistance ：并聯(lián)阻抗實部噪聲電流； The real part of the noise current of parallel impedance. ：串聯(lián)阻抗實部噪聲電壓； The real part of the noise voltage of se

2、ries impedance. 、 ：放大器噪聲模型；Noise model of a amplifier ：放大器電壓增益；Amplifiers voltage gain ：輸出噪聲電壓。 Output noise voltage cscscs jXRZ cp Z cs Z cpcpcp jXRZ ns E fkTRE sns 4 2 cp I cs E n E n I v A no E 第1頁/共18頁 （1）并聯(lián)網(wǎng)絡 Parallel network 各噪聲源在輸出端開路時的分量為 The components of each noise source on output end (op

3、en circuit) are 總輸出噪聲均方值為 The total output noise mean square value is (3.1.75) v cps cp nsEno A ZZ Z EE ns )( v cps cps cpvcpscpIno A ZZ ZZ IAZZIE cp )/( )( vnEno AEE n )( v cps cps nvcpsnIno A ZZ ZZ IAZZIE n )/( )( 22 )( 2 )( 2 )( 2 )( 2 vInoEnoInoEnono AEEEEE nncpns 2 2 22 2 2 2 2 v cps cps nn cps

4、 cps cp cps cp ns A ZZ ZZ IE ZZ ZZ I ZZ Z E 第2頁/共18頁 網(wǎng)絡電壓傳輸增益為 The network voltage transmission gain is (3.1.76) 等效輸入噪聲為 The equivalent input noise is (3.1.77) (3.1.78) 表明 Showing that 若欲減小并聯(lián)網(wǎng)絡對噪聲的影響，需使并聯(lián)網(wǎng)絡阻抗的直流 電阻 盡可能增大，同時使 上的噪聲電流 盡可能減小。 To reduce the influence of parallel network on noise, the DC

5、resistance of the parallel network impedance should be increased as large as possible, and the noise current on the decreased as small as possible. v cps cp sv cps cp s s so v A ZZ Z VA ZZ Z V V V K 222222222 )(1 sncpcpsnnsvnoni ZIIZZEEKEE 2 2 22 2 22 2 2 )( )1( 1 ns s ncp ns cpsn ns ni E Z II E ZZE

6、 E E F cp R cp R cp I cp R cp R cp I 第3頁/共18頁 中包含兩個部分 The includes two parts： 熱噪聲電壓，它與 成反比； The thermal noise voltage, which is inversely proportional to the . 流過 的低頻噪聲電流， 它與流過 的直流電平成 正比。 The low-frequency noise current flowing through the , which is directly proportional to the DC level of the . 故欲

7、減小 ，還需盡量減小 上的直流壓降。 Therefore, the DC voltage drop on the has to be reduced to reduce the . （2）串聯(lián)網(wǎng)絡 Series network 先求出各噪聲源在輸出端開路時輸出的分量分別為： The output components of each noise source (open circuit) are cp I cp R cp R cp R cp R cp I cp R cp R cp R cp I cp I cp R 第4頁/共18頁 得總輸出噪聲電壓均方值為 Then the total out

8、put noise voltage mean square value is 電壓傳輸增益為 The voltage transmission gain is 等效輸入噪聲為 The equivalent input noise is (3.1.79) vnsEno AEE ns )( vcsEno AEE cs )( vnEno AEE n )( vcssnIno AZZIE n )( )( 2222222 )( vcssnncsnsno AZZIEEEE vsvs s so v AVAV V V K 22222222 )( cssnncsnsvnoni ZZIEEEKEE 第5頁/共18頁

9、 表明 Showing that: 欲減小串聯(lián)網(wǎng)絡對噪聲的影響，應使 盡可能小， 并盡量 減小 上的噪聲電壓 ， 上的直流壓降也應盡量減小。 All the , the noise voltage on the and the DC voltage drop on the should be decreased as small as possible to reduce the influence of the series network on the system noise. （3）并串聯(lián)網(wǎng)絡（導出過程留在習題課中解決） The noise analysis of Parallel-S

10、eries Networks ( The derivation will be solved in exercises-lesson ) (3.1.79) cs E cs R cs R cs R cs E cs R cs R cs R 222222222 11Z) Z Z (ZIZI) Z Z )(EE(EE s cp s csnscp cp s ncsnsni 第6頁/共18頁 （4）串并聯(lián)網(wǎng)絡 The noise analysis of Series-Parallel Networks (3.1.80) 上二式表明 : 若欲減小網(wǎng)絡對噪聲的影響，對并聯(lián)網(wǎng)絡，要盡可能提高并聯(lián) 阻抗的數(shù)值；對

11、串聯(lián)網(wǎng)絡，要盡可能減小串聯(lián)電阻抗的數(shù)值。同時， 兩者都應盡可能減小網(wǎng)絡阻抗上的壓降，以減小低頻噪聲。 To reduce the influence of a network on noise, the parallel impedance should be increased as large as possible for a parallel network; the series impe- dance should be decreased as small as possible for a series network. Meanwhile, the voltage drop

12、on the network impedance of the two should be decreased to reduce the low-frequency noise. 22222222 )()1 ( cssncp cp css ncsnsni ZZII Z ZZ EEEE 第7頁/共18頁 2、偏置電路噪聲的影響和元件的選取 The influence of bias circuit noise & components selection 偏置電路對放大器噪聲的影響不可忽視，偏置元件的熱噪 聲和低頻噪聲通過放大器放大可使系統(tǒng)噪聲特性變壞。 The influence of bi

13、as circuit on an amplifiers noise cannot be ignored. The thermal noise of bias components and low-frequency noise can degene-rate systems noise characteristics when they pass through the amplifier. （1）晶體管共發(fā)放大器電路及其噪聲模型 The common-emitter circuit of a transistor & its noise model 第8頁/共18頁 圖中： 、 、 、 ：上

14、下偏置電阻及其噪聲電壓； Up-down bias resistances and their noise voltages 、 ：發(fā)射極反饋電阻及其噪聲電壓； Emitter feedback resistance and its noise voltage 、 ：發(fā)射極電阻及其噪聲電壓； Emitter resistance and its noise voltage ：集電極電阻；Collector resistance ：基極耦合電容；Base coupling capacitance ：發(fā)射極旁路電容；Emitter shunt capacitance （2） 噪聲分析 Noise

15、analysis 依對串并聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲分析 (3.1.80) 及晶體管共發(fā)放大器 等效電路可知: 1 R 2 R 1 E 2 E f R f E e R e E c R c C e C 第9頁/共18頁 According to the noise analysis (3.1.80) of series-parallel network and the equivalent circuit of the transistor common-emitter amplifier, we know that 偏置電阻 、 與源電阻并聯(lián)，阻值越大對噪聲影響越小， 當滿足 時，偏置電阻對噪聲的影響可略；

16、 Bias resistances 、 are in parallel with source resistance. The larger the resistance is, the smaller the influence on noise is. When fulfilling the condition of , the influence on noise can be omitted. 為使偏置電阻有良好的溫度穩(wěn)定性， 取值要低，一般 需使其保證流過 的電流為基極電流的 倍。 To obtain good temperature stability of the bias re

17、sistance, the should be low enough. Usually, it should be ensured that the current flowing through the is times of that passing the base. 綜上二條，低噪放大器的設計應兼顧上述兩方面要求。 nnsopt IERRR 21/ 1 R 2 R 105 21/R R 21/R R nnsopt IERRR 21/ 1 R 2 R 105 21/R R 21/R R 第10頁/共18頁 As a summary: the design of low noise amp

18、lifier should satisfy the above two point. （3）實際電路 A practical circuit 為減小偏置電阻對放大器噪聲的影響，可采用“無噪聲偏置 電路”如下： To reduce the influence of bias resistance on amplifiers noise, the following “non-noise bias circuit ” can be adopted: a、無噪聲偏置電路 b、噪聲等效電路 Non-noise bias circuit Noise equivalent circuit 第11頁/共18

19、頁 電路等效輸入噪聲均方值及噪聲系數(shù)的推導可留做作業(yè)或試題 這種電路在滿足一定數(shù)量關系時可減小偏置電路對噪聲的 影響。由共發(fā)放大器等效噪聲分析結論可知其數(shù)量關系為： This kind of circuits can reduce the influence of the bias circuit on the noise, when certain magnitude relation is satisfied. From the conclusion of the equivalent noise analysis of the common-emitter amplifier, we k

20、now the relation is (3.1.81) 稱為低噪偏置電阻 Low noise bias resistance (3.1.82) 稱為低噪偏置電流 Low noise bias current 式中: 是 、 和 的并聯(lián)阻抗： where : are the parallel impedance of 、 and . 222 2 2 nnsoptbg c IEEZRR 2 2 222 )( nbgbg c IZREEI C b Z 1 R 2 R C b Z 1 R 2 R 第12頁/共18頁 (3.1.83) 是 、 上的噪聲電壓 、 在 兩端的合成電壓。 is the sy

21、nthetic voltage of the noise voltages and on and between the two ends of . (3.1.84) 2121 21 21 1 / RCRjRR RR Cj RRZb b E 1 E 2 E 2 12 1 2 2 2 21 2 2 1 2 1 / 1 / 1 / 1 / Cj RR Cj R E Cj RR Cj R EEb b Z 1 R 2 R 1 E 2 E b Z 1 R 2 R b E 2 2 2 1 222 21 2 1 2 2 2 2 2 1 )(RRCRR RERE 第13頁/共18頁 分析 Analysis:

22、由(3.1.81)、(3.1.82)兩式知: 為減小偏置電路對噪聲的影響，需使 大， 、 要小。又由(3.1.84)可知:由于在偏置電路中并聯(lián)了電容 C ，使 比不并聯(lián)電容時要小， 當 C 充分大時，可使 很小。這意味著 偏置電路的熱噪聲和低頻噪聲都很小。 To reduce the influence of the bias circuit on the noise, the should be large, the and be small. From (3.1.84), we know that the in the bias circuit with a parallel capaci

23、tance C is smaller than that without C. When C is large enough, the can be very small, which means that both the thermal noise and low frequency noise in the bias circuit are small. bg ZR g E 2 b E 2 b E b E bg ZR g E 2 b E 2 b E b E 第14頁/共18頁 當 C 充分大時, 很小。為滿足 (3.1.81)、 (3.1.82) 兩式的要求,可使 足夠大, 此時兩個條件

24、變?yōu)? When C is large enough, is quite small. To satisfy Eqs.(3.1.81) & (3.1.82), the can be chosen large enough, and then the two conditions become (3.1.85) (3.1.86) 在實際電路中，由于 兩端直流壓降很小，故低頻噪聲可 略，而只要 足夠大， 中的熱噪聲電流均方值 就很小。In practical circuits, the low frequency noise can be omitted, because the DC voltage drop on the two ends of the is small. The mean square value of the thermal current of the will be very small, so long as the is large enough,. CCjZb11 nng IER g R CCjZb11 g R 2222 )( ngbg IREE gng RfkTI 4 2 g R g R g R g R g R g R gng RfkTI 4 2 第15頁/共18頁 另外，由于 很小，所以 就更小。 Besides, the