6 高頻小信號(hào)諧振放大器1.4ppt課件

1、第一章第一章 高頻小信號(hào)諧振放大器高頻小信號(hào)諧振放大器1.4 電噪聲電噪聲小結(jié)小結(jié)1;.1.4.1 電阻熱噪聲電阻熱噪聲 1.電阻熱噪聲電阻熱噪聲圖圖2.40 電阻噪聲電壓波形電阻噪聲電壓波形t0un1.4 電噪聲電噪聲 根據(jù)噪聲的來源不同，可將其分為如下幾種。根據(jù)噪聲的來源不同，可將其分為如下幾種。1 ) 外部噪聲外部噪聲2）內(nèi)部噪聲：電阻噪聲、晶體管噪聲、場效應(yīng)管噪聲）內(nèi)部噪聲：電阻噪聲、晶體管噪聲、場效應(yīng)管噪聲2;.在單位頻帶內(nèi)，電阻所產(chǎn)生的熱噪聲電壓的均方值為在單位頻帶內(nèi)，電阻所產(chǎn)生的熱噪聲電壓的均方值為 S(f)=4kT/R V2/Hz (253) 式中，式中，k為玻耳茲曼常數(shù)，為為

2、玻耳茲曼常數(shù)，為1.3810-23 J/K；T為熱力學(xué)溫度，單位為為熱力學(xué)溫度，單位為K，絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度T(K)與攝氏溫度與攝氏溫度T()間的關(guān)系為間的關(guān)系為 T(K)=T()+273 S(f)稱為噪聲功率譜密度。稱為噪聲功率譜密度。3;. 電阻熱噪聲頻譜很寬，但只有位于放大器通頻帶電阻熱噪聲頻譜很寬，但只有位于放大器通頻帶f內(nèi)那一部分噪內(nèi)那一部分噪聲功率才能通過放大器得到放大。能通過放大器的電阻熱噪聲電壓的均聲功率才能通過放大器得到放大。能通過放大器的電阻熱噪聲電壓的均方值為方值為2244nnnnUkTR fUUkTR f因此，噪聲電壓的有效值（噪聲電壓因此，噪聲電壓的有效值（噪聲電壓為

3、為(254)(255) 224,4nnnUkTR fIkTG f4;.圖1.64 電阻熱噪聲等效電路 RRUn2In2GR1理想(a)(b)(c)5;.1.4.2 晶體管的噪聲晶體管的噪聲晶體管的噪聲一般比電阻熱噪聲大，它有四種形式：晶體管的噪聲一般比電阻熱噪聲大，它有四種形式：1) 熱噪聲熱噪聲 和電阻相同，在晶體管中，電子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)同樣會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。其中基和電阻相同，在晶體管中，電子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)同樣會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。其中基極電阻極電阻rbb所引起的熱噪聲最大，發(fā)射極和集電極電阻的熱噪聲一般很小，可以所引起的熱噪聲最大，發(fā)射極和集電極電阻的熱噪聲一般很小，可以忽略。忽略。6;. 2) 散粒

4、噪聲散粒噪聲 散粒噪聲是晶體管的主要噪聲源。散粒噪聲這個(gè)詞是沿用電子管噪聲中的散粒噪聲是晶體管的主要噪聲源。散粒噪聲這個(gè)詞是沿用電子管噪聲中的詞。在二極管和三極管中都存在散粒噪聲。詞。在二極管和三極管中都存在散粒噪聲。 晶體三極管是由兩個(gè)晶體三極管是由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，當(dāng)晶體管處于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)為結(jié)構(gòu)成的，當(dāng)晶體管處于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)為正向偏置，發(fā)射結(jié)所產(chǎn)生的散粒噪聲較大；集電結(jié)為反向偏置，集電結(jié)所產(chǎn)正向偏置，發(fā)射結(jié)所產(chǎn)生的散粒噪聲較大；集電結(jié)為反向偏置，集電結(jié)所產(chǎn)生的散粒噪聲可忽略不計(jì)。散彈噪聲引起電流功率頻譜密度為：生的散粒噪聲可忽略不計(jì)。散彈噪聲引起電流功率頻譜密度為：(1144)

5、 C1059. 1qqPN2)(19，是每個(gè)載流子的電荷量是每個(gè)載流子的電荷量結(jié)的平均電流值；結(jié)的平均電流值；是通過是通過 OoIIqIfS7;. 3) 分配噪聲分配噪聲 晶體管發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的多數(shù)載流子，大部分到達(dá)集電極，成為集電極晶體管發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的多數(shù)載流子，大部分到達(dá)集電極，成為集電極電流，而小部分在基區(qū)內(nèi)被復(fù)合，形成基極電流。這兩部分電流的分配比例是電流，而小部分在基區(qū)內(nèi)被復(fù)合，形成基極電流。這兩部分電流的分配比例是隨機(jī)的，因而造成通過集電結(jié)的電流在靜態(tài)值上下起伏變化，引起噪聲，把這隨機(jī)的，因而造成通過集電結(jié)的電流在靜態(tài)值上下起伏變化，引起噪聲，把這種噪聲稱為分配噪聲。種噪聲稱

6、為分配噪聲。4) 閃爍噪聲閃爍噪聲 閃爍噪聲又稱低頻噪聲。一般認(rèn)為這種噪聲是由于晶體管清潔處理不好或閃爍噪聲又稱低頻噪聲。一般認(rèn)為這種噪聲是由于晶體管清潔處理不好或有缺陷造成的。其特點(diǎn)是頻譜集中在低頻（約有缺陷造成的。其特點(diǎn)是頻譜集中在低頻（約1kHz以下），在高頻工作時(shí)通以下），在高頻工作時(shí)通常可不考慮它的影響。常可不考慮它的影響。8;.1.4.3 場效應(yīng)管的噪聲場效應(yīng)管的噪聲 場效應(yīng)管的噪聲主要是由場效應(yīng)管溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲；柵極漏電場效應(yīng)管的噪聲主要是由場效應(yīng)管溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲；柵極漏電流產(chǎn)生的散粒噪聲；表面處理不當(dāng)引起的閃爍噪聲。一般說來，場效應(yīng)流產(chǎn)生的散粒噪聲；表面處理不當(dāng)引起

7、的閃爍噪聲。一般說來，場效應(yīng)管的噪聲比晶體管的噪聲低。管的噪聲比晶體管的噪聲低。9;.1.4.2 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)1.噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義 要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，噪聲系數(shù)定義要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，噪聲系數(shù)定義為為 輸入端信噪比輸入端信噪比 輸出端信噪比輸出端信噪比 NF= 研究放大系統(tǒng)噪聲系數(shù)的等效圖如圖研究放大系統(tǒng)噪聲系數(shù)的等效圖如圖1.66所示。其中，所示。其中，Us為信號(hào)源電為信號(hào)源電壓；壓；Rs為信號(hào)源內(nèi)阻；為信號(hào)源內(nèi)阻； 為熱噪聲等效電壓均方值；為熱噪聲等效電壓均方值；RL為負(fù)載。為負(fù)載。2nsU R10;.圖圖1.66描述

8、放大器噪聲系數(shù)的等效圖描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖RsUsUn2GpfPna放大器RLPno11;. 輸出信噪比要比輸入信噪比低。輸出信噪比要比輸入信噪比低。NF反映出放大系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的大小。反映出放大系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的大小。噪聲系數(shù)可由下式表示噪聲系數(shù)可由下式表示:( /)/( /)/()10lg()/iiniFoonoiniFdBonoS NP PNS NPPP PNPP(259) 或 噪聲系數(shù)通常只適用于線性放大器，因?yàn)榉蔷€性電路會(huì)產(chǎn)生信號(hào)和噪噪聲系數(shù)通常只適用于線性放大器，因?yàn)榉蔷€性電路會(huì)產(chǎn)生信號(hào)和噪聲的頻率變換，噪聲系數(shù)不能反映系統(tǒng)的附加的噪聲性能。由于線性聲的頻率變換，噪聲系數(shù)不能反映系

9、統(tǒng)的附加的噪聲性能。由于線性放大器的功率增益放大器的功率增益opiPGP12;. 式中，式中，GpPni為信號(hào)源內(nèi)阻為信號(hào)源內(nèi)阻Rs產(chǎn)生的噪聲經(jīng)放大器放大后，在輸出端產(chǎn)生的噪聲經(jīng)放大器放大后，在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率產(chǎn)生的噪聲功率;而放大器輸出端的總噪聲功率而放大器輸出端的總噪聲功率Pno應(yīng)等于應(yīng)等于GpPni和放大器和放大器本身噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率本身噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率Pnao之和，即之和，即 所以式所以式(259)可寫成可寫成/iniinonoFonoonipniP PP PPNPPP PG P(1149) nonaopniPPG P(1150) 將式（將式（1-150）代人式

10、（）代人式（1-149）,則得則得1naoFpniPNGP (1151) 13;.2.多級(jí)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算多級(jí)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算 已知各級(jí)的噪聲系數(shù)和各級(jí)功率增益，求多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)，如下圖所已知各級(jí)的噪聲系數(shù)和各級(jí)功率增益，求多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)，如下圖所示。示。圖圖2.45 多級(jí)放大器噪聲系數(shù)計(jì)算等效圖多級(jí)放大器噪聲系數(shù)計(jì)算等效圖Gpa1Ri1F1Ro1Ri2Gpa2F2PanolRo2Ri3Gpa3F3GpanFnRonRLPano2PanonRsUs14;.由噪聲系數(shù)定義可得由噪聲系數(shù)定義可得111anoFpaPN GkT f在第二級(jí)輸出端，由第一級(jí)和第二級(jí)產(chǎn)生的總噪聲在

11、第二級(jí)輸出端，由第一級(jí)和第二級(jí)產(chǎn)生的總噪聲22122221122(1)anopaanopaFpapapaFFpaPGPGkT fNkT fGGGN kT fNGkT f 由于由由于由Ro1產(chǎn)生的噪聲已在產(chǎn)生的噪聲已在Pano1中考慮，故這中考慮，故這里應(yīng)減掉，所以第一、二兩級(jí)的噪聲系數(shù)為里應(yīng)減掉，所以第一、二兩級(jí)的噪聲系數(shù)為12122121212211(1)papaFFpaFpapapapaFFpaGGkT fNNGkT fNGGkT fGGkT fNNG15;. 本章討論的內(nèi)容是學(xué)習(xí)通信電子線路的重要基礎(chǔ)。本章討論的內(nèi)容是學(xué)習(xí)通信電子線路的重要基礎(chǔ)。 1. 各種形式的選頻網(wǎng)絡(luò)在通信電子線路中

12、得到廣泛的應(yīng)用。它能選出我們各種形式的選頻網(wǎng)絡(luò)在通信電子線路中得到廣泛的應(yīng)用。它能選出我們需要的頻率分量和濾除不需要的頻率分量，因此掌握各種選頻網(wǎng)絡(luò)的特性及分析需要的頻率分量和濾除不需要的頻率分量，因此掌握各種選頻網(wǎng)絡(luò)的特性及分析方法是很重要的。方法是很重要的。 2. 選頻網(wǎng)絡(luò)可分為兩大類。第一類是由電感和電容元件組成的諧振回路，它又選頻網(wǎng)絡(luò)可分為兩大類。第一類是由電感和電容元件組成的諧振回路，它又分為單振蕩回路和耦合振蕩回路，第二類是各種濾波器，主要有分為單振蕩回路和耦合振蕩回路，第二類是各種濾波器，主要有LC集中濾波器、集中濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。石英晶體濾波

13、器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。 本本 章章 小小 結(jié)結(jié) （1 1）16;.3. 串聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者串聯(lián)；并聯(lián)諧振回路是指串聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者串聯(lián)；并聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者并聯(lián)。串并聯(lián)諧振回路的共同點(diǎn)是：電感、電容、信號(hào)源三者并聯(lián)。串并聯(lián)諧振回路的共同點(diǎn)是： LC,LCf12100 廣義失諧都是表示回路失諧大小的量，用廣義失諧都是表示回路失諧大小的量，用表示。表示。 串聯(lián)時(shí)：串聯(lián)時(shí)： 并聯(lián)時(shí)：并聯(lián)時(shí)： CLCLP001002) (ffQRx回路失諧時(shí)電抗回路失諧時(shí)電抗002) (ffQGB回路失諧時(shí)的電納回路失諧時(shí)的電納 當(dāng)當(dāng)Q值很高時(shí)，諧

14、振頻率均為值很高時(shí)，諧振頻率均為 特性阻抗均可表示為特性阻抗均可表示為17;.串并聯(lián)諧振回路的不同點(diǎn)是：串并聯(lián)諧振回路的不同點(diǎn)是： 品質(zhì)因數(shù)的表示形式不同，品質(zhì)因數(shù)的表示形式不同， 串聯(lián)諧振回路中：串聯(lián)諧振回路中： 并聯(lián)諧振回路中：并聯(lián)諧振回路中： 串聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，其電感和電容上的電壓串聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，其電感和電容上的電壓 為信號(hào)源電壓的為信號(hào)源電壓的Q Q倍，稱為電壓諧振；并聯(lián)諧振倍，稱為電壓諧振；并聯(lián)諧振 回路諧振時(shí)其電感和電容支路的電流為信號(hào)源回路諧振時(shí)其電感和電容支路的電流為信號(hào)源 電流的電流的Q Q倍，稱為電流諧振。倍，稱為電流諧振。 QfB0LLRRRLQ,RRCRLQs00

15、001LppLppRRRRQQ,LRQs001 通頻帶均可表示為通頻帶均可表示為18;. 串聯(lián)諧振回路失諧時(shí)，當(dāng)串聯(lián)諧振回路失諧時(shí)，當(dāng)f f f f0 0時(shí)回路呈感性，時(shí)回路呈感性，f f f f0 0時(shí)回路呈容性，時(shí)回路呈容性，f f f f0 0時(shí)回路呈感性。時(shí)回路呈感性。 串聯(lián)諧振回路的頻率特性串聯(lián)諧振回路的頻率特性 并聯(lián)諧振回路的頻率特性并聯(lián)諧振回路的頻率特性 jIIfN110)(jVVfN110)(19;. 4 4、串并聯(lián)阻抗等效互換時(shí)：、串并聯(lián)阻抗等效互換時(shí)：X串串= =X并并，R并并= =Q2R串串（Q較大時(shí)）較大時(shí)） 5 5、回路采用抽頭接入的目的是為了減少負(fù)載和信、回路采用抽

16、頭接入的目的是為了減少負(fù)載和信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)回路的影響，由低抽頭折合到回路的高號(hào)源內(nèi)阻對(duì)回路的影響，由低抽頭折合到回路的高端時(shí)，等效電阻提高了端時(shí)，等效電阻提高了 倍，等效導(dǎo)納減小了倍，等效導(dǎo)納減小了倍，即采用抽頭接入時(shí)，回路倍，即采用抽頭接入時(shí)，回路Q Q值提高了。值提高了。 21p2p20;. 6 6、由相互間有影響的兩個(gè)單振蕩回路組成的回路稱為耦合回路。以耦合系數(shù)、由相互間有影響的兩個(gè)單振蕩回路組成的回路稱為耦合回路。以耦合系數(shù)K K表表示耦合的強(qiáng)弱，耦合因數(shù)示耦合的強(qiáng)弱，耦合因數(shù) 表示相對(duì)臨介耦合時(shí)的相對(duì)強(qiáng)弱。耦合回路中的反映表示相對(duì)臨介耦合時(shí)的相對(duì)強(qiáng)弱。耦合回路中的反映阻抗是用來說明一個(gè)

17、回路對(duì)耦合的另一回路電流影響。次級(jí)回路的電阻反映到初阻抗是用來說明一個(gè)回路對(duì)耦合的另一回路電流影響。次級(jí)回路的電阻反映到初級(jí)回路仍為電阻，次級(jí)回路的電抗反映到初級(jí)回路仍為電抗，但抗的性質(zhì)相反。級(jí)回路仍為電阻，次級(jí)回路的電抗反映到初級(jí)回路仍為電抗，但抗的性質(zhì)相反。7 7、選擇性濾波器主要有、選擇性濾波器主要有LCLC集中選擇性濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷波波器和集中選擇性濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷波波器和聲表面波濾器。根據(jù)其各自特點(diǎn)應(yīng)用到不同場合。其中石英晶體濾波器的聲表面波濾器。根據(jù)其各自特點(diǎn)應(yīng)用到不同場合。其中石英晶體濾波器的Q Q值最值最高，選擇性最好；聲表面波濾波器工作頻率高，抗輻射能

18、力強(qiáng)，廣泛用于通信設(shè)高，選擇性最好；聲表面波濾波器工作頻率高，抗輻射能力強(qiáng)，廣泛用于通信設(shè)備中。備中。 21;.片內(nèi)電容C約30pF，跨接在VT1的集電極與VT2的基極之間，對(duì)于100MHz以上的工作頻率，C的容抗較小，以構(gòu)成這兩極間的高頻短路，使VT1的集電極在管內(nèi)經(jīng)C至VT2的基極，形成良好的高頻接地，實(shí)現(xiàn)共集共基（CCCB）放大對(duì)。由C1、C2、L1構(gòu)成的回路調(diào)諧于信號(hào)頻率，為了減弱信號(hào)源對(duì)回路的影響，信號(hào)是部分接入的。L1、C3、C4組成并聯(lián)諧振回路，RL是負(fù)載，阻值較小，也是部分接入回路的。 22;.一、高頻小信號(hào)放大器是通常分為諧振放大器和非諧一、高頻小信號(hào)放大器是通常分為諧振放大器和非諧 振放大器，諧振放大器的負(fù)載為串、并聯(lián)諧振回振放大器，諧振放大器的負(fù)載為串、并聯(lián)諧振回 路或耦合回路。路或耦合回路。 二、小信號(hào)諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇二、小信號(hào)諧振放大器的選頻性能可由通頻帶和選擇 性兩個(gè)質(zhì)量指標(biāo)來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實(shí)性兩個(gè)質(zhì)量指標(biāo)來衡量。用矩形系數(shù)可以衡量實(shí) 際幅頻特性接按近理想幅頻特性的程度，矩形系際幅頻特性接按近