通信電子電路課件chapter1

1、1第一章第一章 噪聲與干擾噪聲與干擾內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲（噪聲）（噪聲）外部噪聲外部噪聲（干擾）（干擾）噪聲與干擾噪聲與干擾自然噪聲：熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲等；自然噪聲：熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲等；人為噪聲：交流噪聲、感應(yīng)噪聲、接觸不良人為噪聲：交流噪聲、感應(yīng)噪聲、接觸不良噪聲等；噪聲等；自然干擾：天電干擾、宇宙干擾等；自然干擾：天電干擾、宇宙干擾等；人為干擾：工業(yè)干擾、無(wú)線電臺(tái)干擾等；人為干擾：工業(yè)干擾、無(wú)線電臺(tái)干擾等；特點(diǎn)：具有隨機(jī)性。特點(diǎn)：具有隨機(jī)性。 本章主要研究放大電路和電子系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲中，自本章主要研究放大電路和電子系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲中，自然噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)。然噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)。2

2、n設(shè)備內(nèi)部噪聲對(duì)有用信號(hào)影響的大小，主要取決于有用信設(shè)備內(nèi)部噪聲對(duì)有用信號(hào)影響的大小，主要取決于有用信號(hào)的強(qiáng)弱。號(hào)的強(qiáng)弱。 一般情況下，有用信號(hào)比設(shè)備內(nèi)部噪聲大的多時(shí)，噪聲一般情況下，有用信號(hào)比設(shè)備內(nèi)部噪聲大的多時(shí)，噪聲可以不考慮；但在某些情況下，有用信號(hào)很弱，噪聲強(qiáng)度可以不考慮；但在某些情況下，有用信號(hào)很弱，噪聲強(qiáng)度大大超過(guò)有用信號(hào)，就必須考慮噪聲的影響。如衛(wèi)星信號(hào)大大超過(guò)有用信號(hào)，就必須考慮噪聲的影響。如衛(wèi)星信號(hào)的接收，等等。的接收，等等。n通信設(shè)備的內(nèi)部噪聲，是設(shè)備器件（如電阻、晶體管等）通信設(shè)備的內(nèi)部噪聲，是設(shè)備器件（如電阻、晶體管等）所固有的，不可能消除掉，這是影響通信質(zhì)量的關(guān)鍵因素

3、。所固有的，不可能消除掉，這是影響通信質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 如光接收機(jī)要求噪聲指標(biāo)：如光接收機(jī)要求噪聲指標(biāo)：10-12；射頻終端要求信噪比；射頻終端要求信噪比指標(biāo)：指標(biāo)：10-510-6。n為了降低通信接收機(jī)的內(nèi)部噪聲，就必須了解它的來(lái)源和為了降低通信接收機(jī)的內(nèi)部噪聲，就必須了解它的來(lái)源和特點(diǎn)，以及通過(guò)線性電路以后如何變化；還要懂得怎樣對(duì)特點(diǎn)，以及通過(guò)線性電路以后如何變化；還要懂得怎樣對(duì)線性四端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量等方法。線性四端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量等方法。n應(yīng)該指出：噪聲問(wèn)題涉及的范圍很廣，計(jì)算復(fù)雜，詳細(xì)分應(yīng)該指出：噪聲問(wèn)題涉及的范圍很廣，計(jì)算復(fù)雜，詳細(xì)分析不屬于本課程范圍，本節(jié)只做

4、一些簡(jiǎn)單介紹。析不屬于本課程范圍，本節(jié)只做一些簡(jiǎn)單介紹。 3f tF jedjt( )()12()( )jtF jf t edt)()(Ftfj ()()eF j () Fj)(1）傅氏正變換：）傅氏正變換：2）傅氏反變換：）傅氏反變換：其中：其中：幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性4A At22)(F22A)2()(SaAF2 2、矩形脈沖、矩形脈沖 3 3、單位沖激函數(shù)、單位沖激函數(shù) 單位沖激函數(shù)是實(shí)偶函數(shù)，其傅里葉變換也應(yīng)是實(shí)偶函數(shù)單位沖激函數(shù)是實(shí)偶函數(shù)，其傅里葉變換也應(yīng)是實(shí)偶函數(shù), ,有有1)()(0ttjtjedtett)(F0 01 1t1 15n即單位沖激函數(shù)頻譜是常數(shù)即單位沖激函

5、數(shù)頻譜是常數(shù)1，其時(shí)域、頻域圖，其時(shí)域、頻域圖形如圖所示。也就是說(shuō)，在時(shí)域中變化異常劇烈形如圖所示。也就是說(shuō)，在時(shí)域中變化異常劇烈的沖激信號(hào)包含幅度相等的所有頻率分量，即其的沖激信號(hào)包含幅度相等的所有頻率分量，即其頻譜密度在整個(gè)頻率范圍內(nèi)是均勻分布的。這樣頻譜密度在整個(gè)頻率范圍內(nèi)是均勻分布的。這樣的頻譜常稱為的頻譜常稱為“均勻譜均勻譜”或或“白色頻譜白色頻譜”。)(F0161.1 噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)n放大電路和電子系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲，主要來(lái)源于構(gòu)成放大電路和電子系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲，主要來(lái)源于構(gòu)成系統(tǒng)的包括輸入電路在內(nèi)的元器件，如電阻、晶體系統(tǒng)的包括輸入電路在內(nèi)的元器件，如電阻、晶體管、場(chǎng)

6、效應(yīng)管等。管、場(chǎng)效應(yīng)管等。7n電阻的熱噪聲（起伏噪聲）：由于電阻內(nèi)部的自由電電阻的熱噪聲（起伏噪聲）：由于電阻內(nèi)部的自由電子存在無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生很小的電子存在無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生很小的電壓壓en(t)，電壓的正、負(fù)由電子的運(yùn)動(dòng)方向決定。這種，電壓的正、負(fù)由電子的運(yùn)動(dòng)方向決定。這種因熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的起伏電壓就稱為電阻的熱噪聲。因熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的起伏電壓就稱為電阻的熱噪聲。n就某一瞬時(shí)來(lái)看，電阻兩端電壓就某一瞬時(shí)來(lái)看，電阻兩端電壓en(t)的大小和方向是的大小和方向是隨機(jī)變化的；就一段時(shí)間來(lái)看，出現(xiàn)正、負(fù)電壓的極隨機(jī)變化的；就一段時(shí)間來(lái)看，出現(xiàn)正、負(fù)電壓的極性相同，因而性相同，

7、因而en(t)的統(tǒng)計(jì)平均電壓為零。的統(tǒng)計(jì)平均電壓為零。n這種熱運(yùn)動(dòng)在電阻內(nèi)形成的起伏電壓實(shí)質(zhì)上是由許多這種熱運(yùn)動(dòng)在電阻內(nèi)形成的起伏電壓實(shí)質(zhì)上是由許多持續(xù)時(shí)間極短的脈沖電壓疊加的結(jié)果持續(xù)時(shí)間極短的脈沖電壓疊加的結(jié)果 。1.1.1 電阻的熱噪聲電阻的熱噪聲8一、電阻熱噪聲的電壓和功率譜密度一、電阻熱噪聲的電壓和功率譜密度n電阻熱噪聲是起伏噪聲，其電壓（或電流）的瞬電阻熱噪聲是起伏噪聲，其電壓（或電流）的瞬時(shí)值和平均值都無(wú)法計(jì)算，統(tǒng)計(jì)平均值為時(shí)值和平均值都無(wú)法計(jì)算，統(tǒng)計(jì)平均值為0。但是，。但是，它的均方值是確定的，可以用在它的均方值是確定的，可以用在1歐姆電阻上消耗歐姆電阻上消耗的平均功率測(cè)量出來(lái)。

8、的平均功率測(cè)量出來(lái)。2201lim( )TnnTee t dtT 噪聲電壓作用于噪聲電壓作用于1歐姆（單位）電阻上的平均功歐姆（單位）電阻上的平均功率為：率為：201( )TnPe t dtT9n由于起伏噪聲通過(guò)接收機(jī)或者放大器才能顯示出由于起伏噪聲通過(guò)接收機(jī)或者放大器才能顯示出來(lái)，而接收機(jī)或放大器都有一定的頻率特性，因來(lái)，而接收機(jī)或放大器都有一定的頻率特性，因此必須了解起伏噪聲的頻譜和功率密度譜，才能此必須了解起伏噪聲的頻譜和功率密度譜，才能了解它對(duì)接收機(jī)或放大器的影響。了解它對(duì)接收機(jī)或放大器的影響。n在頻率域內(nèi)，若以在頻率域內(nèi)，若以S(f)df表示頻率在表示頻率在f與與f+df之間的之間的

9、平均功率，則總的平均功率為：平均功率，則總的平均功率為：0( )PS f df22001lim( )( )TnnTee t dtS f dfT可得可得： 上式中：上式中：S(f)S(f)稱為均方電壓譜密度，或單位電稱為均方電壓譜密度，或單位電阻上消耗的功率譜密度，單位：阻上消耗的功率譜密度，單位：V V2 2/Hz /Hz 。10A At22)(F22Asin2()( )()22jtFf t edtAA Sa 起伏噪聲是由無(wú)數(shù)個(gè)非周期性窄脈沖疊加而成，起伏噪聲是由無(wú)數(shù)個(gè)非周期性窄脈沖疊加而成，每個(gè)窄脈沖的寬度約為每個(gè)窄脈沖的寬度約為1010-13-131010-14-14秒，因此單個(gè)脈秒，因此

10、單個(gè)脈沖的頻譜可以用傅氏變換求得，設(shè)非周期函數(shù)為沖的頻譜可以用傅氏變換求得，設(shè)非周期函數(shù)為f(t)f(t)，則：，則：由于由于 很小，很小， ，因此，因此，1310s()12Sa()F jA即：窄脈沖在即：窄脈沖在1013Hz的頻帶內(nèi)，頻譜是均勻分布的，的頻帶內(nèi)，頻譜是均勻分布的，且等于常數(shù)。且等于常數(shù)。11 由于單個(gè)脈沖頻譜是均勻分布的，顯然它的功由于單個(gè)脈沖頻譜是均勻分布的，顯然它的功率頻譜也是均勻分布的，由各個(gè)窄脈沖的功率頻譜率頻譜也是均勻分布的，由各個(gè)窄脈沖的功率頻譜疊加而得到的整個(gè)電壓的功率頻譜也是均勻分布，疊加而得到的整個(gè)電壓的功率頻譜也是均勻分布，即它的功率密度頻譜即它的功率密度

11、頻譜S(f)（單位頻帶內(nèi)、單位電阻（單位頻帶內(nèi)、單位電阻上所消耗的平均功率）是個(gè)常數(shù)。但是實(shí)際上噪聲上所消耗的平均功率）是個(gè)常數(shù)。但是實(shí)際上噪聲譜密度不可能持續(xù)到譜密度不可能持續(xù)到f,在達(dá)到某一非常高的頻在達(dá)到某一非常高的頻率率f=1013Hz時(shí)，噪聲譜密度開(kāi)始下降。時(shí)，噪聲譜密度開(kāi)始下降。 由于起伏噪聲的頻譜在由于起伏噪聲的頻譜在極寬的頻帶內(nèi)具有均勻的極寬的頻帶內(nèi)具有均勻的功率譜密度，因此上稱其功率譜密度，因此上稱其為為“白噪聲白噪聲”。與之對(duì)應(yīng)。與之對(duì)應(yīng)的是的是“有色噪聲有色噪聲”。12n當(dāng)電阻的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自由電子的碰撞頻率當(dāng)電阻的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自由電子的碰撞頻率時(shí)，其兩端產(chǎn)生的熱

12、噪聲的均方電壓譜密度為：時(shí)，其兩端產(chǎn)生的熱噪聲的均方電壓譜密度為： 2Z( )4 V /HS fkTR（）231.38 10/kJ KR R為噪聲電阻為噪聲電阻均方電流譜密度為：均方電流譜密度為：為玻爾茲曼常數(shù)；為玻爾茲曼常數(shù)；2Z( )4 A /HS fkTG（）溫度越高，噪聲越大；溫度越高，噪聲越大；電阻越大，噪聲越大。電阻越大，噪聲越大。13 若系統(tǒng)工作頻帶（或測(cè)量此噪聲功率時(shí)的頻帶寬若系統(tǒng)工作頻帶（或測(cè)量此噪聲功率時(shí)的頻帶寬度）為度）為 ，則電阻熱噪聲電壓的均方值為：，則電阻熱噪聲電壓的均方值為：f24nekTR f熱噪聲電壓有效值為：熱噪聲電壓有效值為：24nnEekTR f 常用在

13、串聯(lián)電路中計(jì)算噪聲，常用在串聯(lián)電路中計(jì)算噪聲， 常用在并聯(lián)電路常用在并聯(lián)電路中計(jì)算噪聲。中計(jì)算噪聲。 噪聲電流的均方值為：噪聲電流的均方值為：24nikTG f2ne2ni14 R 2ne RL 產(chǎn)生噪聲的電阻 圖圖1.1.1電阻噪聲電路電阻噪聲電路 dianzuzao例如：例如：當(dāng)當(dāng)R RR RL L 時(shí)，電路中噪聲源實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，時(shí)，電路中噪聲源實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，則負(fù)載上的額定噪聲功率為：則負(fù)載上的額定噪聲功率為：211 4222nnLekTR fPkT fRRR可見(jiàn)：可見(jiàn)：即：帶寬越寬，電阻上的即：帶寬越寬，電阻上的熱噪聲功率越大。熱噪聲功率越大。nPf 15注意：注意： 1. 公式

14、公式 適用于適用于銅線繞電阻器，其它銅線繞電阻器，其它類型的電阻器噪聲電壓稍大一點(diǎn)。但通?？捎迷擃愋偷碾娮杵髟肼曤妷荷源笠稽c(diǎn)。但通?？捎迷摴阶鹘朴?jì)算；公式作近似計(jì)算； 2. 2. 一個(gè)實(shí)際電阻，除了熱噪聲之外，還存在閃爍一個(gè)實(shí)際電阻，除了熱噪聲之外，還存在閃爍噪聲，故它的總噪聲值要比用熱噪聲公式計(jì)算的噪聲，故它的總噪聲值要比用熱噪聲公式計(jì)算的數(shù)值高，有時(shí)要高出數(shù)倍以上；數(shù)值高，有時(shí)要高出數(shù)倍以上； 3. 3. 在各類電阻中，炭質(zhì)電阻的噪聲最大，炭膜電在各類電阻中，炭質(zhì)電阻的噪聲最大，炭膜電阻次之，線繞電阻的噪聲最小。阻次之，線繞電阻的噪聲最小。 24nekTR f16二、電路中電阻熱噪聲的

15、計(jì)算二、電路中電阻熱噪聲的計(jì)算1 1、噪聲等效電壓源和等效電流源、噪聲等效電壓源和等效電流源 R 2ne RL 產(chǎn) 生 噪 聲 的 電 阻 圖1.1.1電阻噪聲電路 dianzuzao 2ni2ne圖1.1.2 電阻的噪聲等效電路2ne24nekTR f24nikTG f172 2、串并聯(lián)電阻的噪聲計(jì)算、串并聯(lián)電阻的噪聲計(jì)算 R1R2R1R2R1/R22222nnii21ni22niR1R2R1R2R1+R221ne22ne2212nnee18以串聯(lián)為例進(jìn)行公式推導(dǎo)：以串聯(lián)為例進(jìn)行公式推導(dǎo)： 在在T T和和f f相同的條件下，假設(shè)相同的條件下，假設(shè) 和和 是互不相是互不相關(guān)的，設(shè)串聯(lián)后的瞬時(shí)值

16、為：關(guān)的，設(shè)串聯(lián)后的瞬時(shí)值為：R1R2R1R2R1+R221ne22ne2212nnee22221212000221212120111lim()limlim1lim24()TTTnnnnnTTTTnnnnTeeedte dte dtTTTe e dteekT RRfT 21ne22ne12nnneee19n結(jié)論：只要各個(gè)噪聲源是相互獨(dú)立的，則總的噪聲結(jié)論：只要各個(gè)噪聲源是相互獨(dú)立的，則總的噪聲服從均方疊加原理。即多個(gè)電阻混聯(lián)（溫度相同）服從均方疊加原理。即多個(gè)電阻混聯(lián)（溫度相同）時(shí)的熱噪聲等于混聯(lián)后的總電阻時(shí)的熱噪聲等于混聯(lián)后的總電阻R產(chǎn)生的熱噪聲。產(chǎn)生的熱噪聲。n一般來(lái)說(shuō)，理想的純電抗元件不

17、會(huì)產(chǎn)生噪聲，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)，理想的純電抗元件不會(huì)產(chǎn)生噪聲，因?yàn)榧冸娍乖缓瑩p耗電阻，它不存在自由電子的不純電抗元件不含損耗電阻，它不存在自由電子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。但實(shí)際中我們不可能獲得理想的器件，規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。但實(shí)際中我們不可能獲得理想的器件，它們的損耗電阻會(huì)產(chǎn)生噪聲。實(shí)際電路中，電感的它們的損耗電阻會(huì)產(chǎn)生噪聲。實(shí)際電路中，電感的損耗電阻一般不能忽略，而電容的損耗電阻通?？蓳p耗電阻一般不能忽略，而電容的損耗電阻通?？梢院雎浴Ｒ院雎?。20n例例1.1.1 p13 計(jì)算計(jì)算1MHZ帶寬，溫度為帶寬，溫度為17oC時(shí)時(shí)1M電阻產(chǎn)生的電阻產(chǎn)生的熱噪聲電壓。熱噪聲電壓。解：解： 由上例可看出，對(duì)于由上例可看

18、出，對(duì)于1M1M輸入電阻和輸入電阻和1MHz1MHz帶寬的交帶寬的交流電壓表來(lái)說(shuō)，它會(huì)產(chǎn)生約流電壓表來(lái)說(shuō)，它會(huì)產(chǎn)生約126126V V的噪聲。不管使的噪聲。不管使用什么樣的精度，用什么樣的精度，500500V V以下的信號(hào)都無(wú)法測(cè)量。以下的信號(hào)都無(wú)法測(cè)量。同樣條件下，同樣條件下，5050電阻只產(chǎn)生電阻只產(chǎn)生0.90.9V V的噪聲。這就的噪聲。這就解釋了為什么較低電阻在低噪聲電路中比較有用。解釋了為什么較低電阻在低噪聲電路中比較有用。 4nEkTR f23664 1.38 10290 1010126 V21n例例1.1.2 1.1.2 放大器的工作帶寬為放大器的工作帶寬為2MHz2MHz，信號(hào)

19、源電阻，信號(hào)源電阻為為200200。當(dāng)工作溫度為。當(dāng)工作溫度為2727o oC C，電壓增益為，電壓增益為200200，輸，輸入信號(hào)有效值為入信號(hào)有效值為5 5V V時(shí)，試計(jì)算輸出信號(hào)有效值時(shí)，試計(jì)算輸出信號(hào)有效值（有用信號(hào)和噪聲），假定放大器的噪聲及其它噪（有用信號(hào)和噪聲），假定放大器的噪聲及其它噪聲可以忽略。聲可以忽略。4niEkTR f2364 1.38 10300 2 102002.57 V 解（解（1）：信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲電壓為：）：信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲電壓為：22n例例1.1.2 1.1.2 放大器的工作帶寬為放大器的工作帶寬為2MHz2MHz，信號(hào)源電阻，信號(hào)源電阻為為2002

20、00。當(dāng)工作溫度為。當(dāng)工作溫度為2727o oC C，電壓增益為，電壓增益為200200，輸，輸入信號(hào)有效值為入信號(hào)有效值為5 5V V時(shí)，試計(jì)算輸出信號(hào)有效值時(shí)，試計(jì)算輸出信號(hào)有效值（有用信號(hào)和噪聲），假定放大器的噪聲及其它噪（有用信號(hào)和噪聲），假定放大器的噪聲及其它噪聲可以忽略。聲可以忽略。2.572000.514noEVmV5 V200=1mVoV解（解（2）：在輸出端，產(chǎn)生的噪聲電壓和輸出信號(hào)為：）：在輸出端，產(chǎn)生的噪聲電壓和輸出信號(hào)為：可見(jiàn)：輸出信號(hào)將包含可見(jiàn)：輸出信號(hào)將包含1mV的有用信號(hào)和的有用信號(hào)和0.514mV的噪聲的噪聲233、熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)、熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)n假設(shè)二

21、端口網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸函數(shù)為假設(shè)二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸函數(shù)為H(S) H(S) ，輸入端，輸入端的噪聲功率譜密度為的噪聲功率譜密度為S Si i(f)(f)，輸出端為，輸出端為S So o(f)(f)，對(duì)于，對(duì)于單一頻率的信號(hào)來(lái)說(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)輸出端存在：?jiǎn)我活l率的信號(hào)來(lái)說(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)輸出端存在：n因此，如果作用于輸入端的均勻功率譜密度為因此，如果作用于輸入端的均勻功率譜密度為S Si i(f)(f)的白噪聲，通過(guò)功率傳輸系數(shù)為的白噪聲，通過(guò)功率傳輸系數(shù)為H H2 2(f)(f)的線性網(wǎng)絡(luò)的線性網(wǎng)絡(luò)后，輸出端的噪聲功率譜密度就不再是均勻的了。后，輸出端的噪聲功率譜密度就不再是均勻的了。n對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，在輸

22、出端有：對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，在輸出端有：2200( )( )( )nooieSf dfSfH fdf2( )( )( )oiSfSf Hf24例例1.1.3 p13 1.1.3 p13 RC RC并聯(lián)電路如圖并聯(lián)電路如圖1.1.3(a)1.1.3(a)所示，設(shè)電容所示，設(shè)電容C C是無(wú)損耗電是無(wú)損耗電容，求輸出端噪聲電壓的均方值。容，求輸出端噪聲電壓的均方值。解：將有噪聲電阻解：將有噪聲電阻R R表示為噪聲串聯(lián)等效電路，如圖表示為噪聲串聯(lián)等效電路，如圖1.1.3(b)1.1.3(b)所示。所示。251( )12H fjfRC無(wú)噪聲無(wú)噪聲RC RC 網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為2222000(

23、 )d( )( ) d( )( ) dnnoiiveSffSfH ffSfH ff()4iSfkTR2( )( )( )oiSfSfH f220011( )1 (2)4H fdfdffRCRC輸出端噪聲電壓的均方值與輸出端噪聲電壓的均方值與R無(wú)關(guān)無(wú)關(guān) 2nkTvC262nkTvC白噪聲變成了有色噪聲，但可以白噪聲變成了有色噪聲，但可以用等效噪聲帶寬用等效噪聲帶寬BWnBWn內(nèi)具有等值內(nèi)具有等值噪聲譜密度，而噪聲譜密度，而BWnBWn以外的噪聲以外的噪聲譜密度為零來(lái)等效。譜密度為零來(lái)等效。 比較公式比較公式 與與24nekTR f272200( )( )( )nooivSf dfSfH fdf2

24、nov等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬BWn的計(jì)算：的計(jì)算：如圖所示，白噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)以后的結(jié)果。如圖所示，白噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)以后的結(jié)果。圖中圖中So(f)曲線與橫坐標(biāo)軸曲線與橫坐標(biāo)軸f之之間的面積就等于輸出端噪聲間的面積就等于輸出端噪聲電壓的均方值電壓的均方值 。 28 等效噪聲帶寬，是按噪聲功率等效噪聲帶寬，是按噪聲功率相等（幾何意義即面積相等）來(lái)等相等（幾何意義即面積相等）來(lái)等效的。圖中虛線表示的寬度為效的。圖中虛線表示的寬度為BWBWn n、高度為高度為S So o(f(fo o) )的矩形面積與曲線的矩形面積與曲線S So o(f)(f)下的面積相等。下的面積相等。 BWnBWn即為等效即

25、為等效噪聲帶寬。由于面積相等，所以起噪聲帶寬。由于面積相等，所以起伏噪聲通過(guò)這樣兩個(gè)特性不同的網(wǎng)伏噪聲通過(guò)這樣兩個(gè)特性不同的網(wǎng)絡(luò)后，具有相同的輸出電壓均方值。絡(luò)后，具有相同的輸出電壓均方值。29根據(jù)功率相等的條件，可以得到：根據(jù)功率相等的條件，可以得到：00( )()oonSf dfSfBW2( )( )( )oiSfSfH f220002200( )( )( )( )()( )oinoioSf dfSfH fdfH fdfBWSfSf HH22222002( )( )( )( )( )noiiooionH fvSfH fdfSf HdfHSf H BW由公式：由公式：可以得到：可以得到：因此

26、：因此：()ooH fH設(shè)：設(shè)：30( )4iSfkTR2204nonvkTRH BW2nov由于：由于：所以：所以： 通常，通常， 是已知的，所以只要求出是已知的，所以只要求出BWn就很容就很容易算出易算出 。對(duì)于其它噪聲源來(lái)說(shuō)，只要噪聲功率。對(duì)于其它噪聲源來(lái)說(shuō)，只要噪聲功率譜密度是均勻的白噪聲，都可以應(yīng)用譜密度是均勻的白噪聲，都可以應(yīng)用BWn來(lái)計(jì)算其來(lái)計(jì)算其通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)后輸出噪聲電壓的均方值。通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)后輸出噪聲電壓的均方值。20H31n說(shuō)明：說(shuō)明： 線性網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲帶寬線性網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲帶寬BWn與信號(hào)通頻帶與信號(hào)通頻帶3dB帶寬（帶寬（2f0.7）是不同的兩個(gè)概念。前者是從）是不同

27、的兩個(gè)概念。前者是從噪聲的角度引出來(lái)的，而后者是對(duì)信號(hào)而言的。噪聲的角度引出來(lái)的，而后者是對(duì)信號(hào)而言的。但是二者之間有一定的關(guān)系，它們的差別取決于但是二者之間有一定的關(guān)系，它們的差別取決于傳輸特性與理想矩形的接近程度，其關(guān)系為傳輸特性與理想矩形的接近程度，其關(guān)系為(1)2nBWBW322nkTvC144nkTCBWkTRRC重新計(jì)算例重新計(jì)算例1.1.3的等效噪聲帶寬：的等效噪聲帶寬：224noonvkTRH BW可得：可得：由于該網(wǎng)絡(luò)的由于該網(wǎng)絡(luò)的3帶寬為：帶寬為：12BWRC2nBWBW因此：因此：電路的頻率響應(yīng)曲線越接近于矩形，電路的頻率響應(yīng)曲線越接近于矩形，BWn與與BW越接近。越接近

28、。21oH 331 1、熱噪聲、熱噪聲2 2、散彈（粒）噪聲、散彈（粒）噪聲 3 3、分配噪聲、分配噪聲4 4、低頻噪聲、低頻噪聲1.1.2 晶體管的噪聲晶體管的噪聲 除電阻噪聲外，電子器件的噪聲也是電子設(shè)備內(nèi)除電阻噪聲外，電子器件的噪聲也是電子設(shè)備內(nèi)部噪聲的一個(gè)重要來(lái)源。在接收機(jī)或放大器中，晶部噪聲的一個(gè)重要來(lái)源。在接收機(jī)或放大器中，晶體管的噪聲往往比電阻的熱噪聲大得多。晶體管噪體管的噪聲往往比電阻的熱噪聲大得多。晶體管噪聲產(chǎn)生的機(jī)理比較復(fù)雜，主要有四種：聲產(chǎn)生的機(jī)理比較復(fù)雜，主要有四種：341、熱噪聲、熱噪聲 它是由晶體管內(nèi)的損耗電阻產(chǎn)生的，一般來(lái)說(shuō)發(fā)它是由晶體管內(nèi)的損耗電阻產(chǎn)生的，一般來(lái)

29、說(shuō)發(fā)射極和集電極的電阻比較小，產(chǎn)生的熱噪聲可以忽射極和集電極的電阻比較小，產(chǎn)生的熱噪聲可以忽略；因此，晶體管內(nèi)部的熱噪聲主要由基區(qū)體電阻略；因此，晶體管內(nèi)部的熱噪聲主要由基區(qū)體電阻rbb產(chǎn)生。產(chǎn)生。24nekTR f352、散粒噪聲、散粒噪聲 在晶體管中，電流是由無(wú)數(shù)載流子遷移而形成的。在晶體管中，電流是由無(wú)數(shù)載流子遷移而形成的。由于各載流子的運(yùn)動(dòng)速度不盡相同，使得單位時(shí)間由于各載流子的運(yùn)動(dòng)速度不盡相同，使得單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)內(nèi)通過(guò)PN結(jié)的載流子數(shù)目有起伏，因而引起通過(guò)結(jié)的載流子數(shù)目有起伏，因而引起通過(guò)PN結(jié)的電流在某一平均值上作不規(guī)則的起伏變化，結(jié)的電流在某一平均值上作不規(guī)則的起伏變化，產(chǎn)生的噪

30、聲叫散粒噪聲。產(chǎn)生的噪聲叫散粒噪聲。 晶體管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都會(huì)產(chǎn)生散粒噪聲，因晶體管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都會(huì)產(chǎn)生散粒噪聲，因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，結(jié)電流大；集電結(jié)反偏，只有較小為發(fā)射結(jié)正偏，結(jié)電流大；集電結(jié)反偏，只有較小的反向飽和電流，所以發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的散粒噪聲起主的反向飽和電流，所以發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的散粒噪聲起主要作用。要作用。36散粒噪聲的電流譜密度為：散粒噪聲的電流譜密度為：( )2IoSfqI191.6 10qC0I每個(gè)載流子所載電荷量的絕對(duì)值：每個(gè)載流子所載電荷量的絕對(duì)值：通過(guò)通過(guò)PN結(jié)的平均電流值。結(jié)的平均電流值。說(shuō)明：說(shuō)明： 晶體管的散粒噪聲也是晶體管的散粒噪聲也是“白噪聲白噪聲”，它的強(qiáng)度，它的

31、強(qiáng)度與直流電流成正比，而電阻熱噪聲則與流過(guò)電阻與直流電流成正比，而電阻熱噪聲則與流過(guò)電阻的電流無(wú)關(guān)，這是兩者的區(qū)別。一般情況下，散的電流無(wú)關(guān)，這是兩者的區(qū)別。一般情況下，散粒噪聲大于電阻熱噪聲。當(dāng)粒噪聲大于電阻熱噪聲。當(dāng)Io=0時(shí)，時(shí)，Si(f)=0，所以，所以，在低噪聲放大器中，第一級(jí)的工作電流設(shè)計(jì)的較在低噪聲放大器中，第一級(jí)的工作電流設(shè)計(jì)的較小。小。 在頻帶在頻帶f內(nèi)產(chǎn)生的熱噪聲電流均方值為：內(nèi)產(chǎn)生的熱噪聲電流均方值為：22noiqIf373、分配噪聲、分配噪聲 在晶體三極管中，載流子從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)后，在晶體三極管中，載流子從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)后，大部分到達(dá)集電結(jié)而被收集形成集電極電流，只大

32、部分到達(dá)集電結(jié)而被收集形成集電極電流，只有少量在基區(qū)復(fù)合形成基極復(fù)合電流。由于載流有少量在基區(qū)復(fù)合形成基極復(fù)合電流。由于載流子在基區(qū)復(fù)合的隨機(jī)性，造成集電極和基極電流子在基區(qū)復(fù)合的隨機(jī)性，造成集電極和基極電流的隨機(jī)波動(dòng)而引起噪聲，這種噪聲稱作分配噪聲，的隨機(jī)波動(dòng)而引起噪聲，這種噪聲稱作分配噪聲，它也是電流噪聲。由于基區(qū)復(fù)合狀態(tài)與工作頻率它也是電流噪聲。由于基區(qū)復(fù)合狀態(tài)與工作頻率有關(guān)，工作頻率越高，分配噪聲就越大，因而分有關(guān)，工作頻率越高，分配噪聲就越大，因而分配噪聲不是白噪聲。配噪聲不是白噪聲。 384、低頻噪聲、低頻噪聲高頻時(shí)可以忽略高頻時(shí)可以忽略 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的晶體管低頻噪聲有閃爍噪聲（現(xiàn)已發(fā)

33、現(xiàn)的晶體管低頻噪聲有閃爍噪聲（ 噪噪聲）及爆裂噪聲。這些噪聲通常與晶體管表面狀聲）及爆裂噪聲。這些噪聲通常與晶體管表面狀態(tài)或內(nèi)部缺陷有關(guān)，其產(chǎn)生機(jī)理還處于研究階段。態(tài)或內(nèi)部缺陷有關(guān)，其產(chǎn)生機(jī)理還處于研究階段。閃爍噪聲的特點(diǎn)是在低頻（幾千赫以下）區(qū)域，閃爍噪聲的特點(diǎn)是在低頻（幾千赫以下）區(qū)域，其噪聲強(qiáng)度顯著增加，并且隨頻率降低而升高，其噪聲強(qiáng)度顯著增加，并且隨頻率降低而升高，大體上與頻率成反比，故又稱為大體上與頻率成反比，故又稱為 噪聲。噪聲。 噪聲是低頻電子線路的主要噪聲源，一般噪聲是低頻電子線路的主要噪聲源，一般認(rèn)為它是由于半導(dǎo)體晶體表面清潔處理不好或有認(rèn)為它是由于半導(dǎo)體晶體表面清潔處理不好

34、或有缺陷造成的，它的強(qiáng)度還與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和缺陷造成的，它的強(qiáng)度還與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和外加電壓大小有關(guān)。實(shí)際上這種噪聲不僅存在于外加電壓大小有關(guān)。實(shí)際上這種噪聲不僅存在于晶體管，也存在于其它元器件中，如電阻、電子晶體管，也存在于其它元器件中，如電阻、電子管、場(chǎng)效應(yīng)管等。管、場(chǎng)效應(yīng)管等。 1f1f1f391.1.3 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲 在場(chǎng)效應(yīng)管中，由于其工作電流主要是靠多在場(chǎng)效應(yīng)管中，由于其工作電流主要是靠多數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，因而散粒噪聲的影響很小，主數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，因而散粒噪聲的影響很小，主要是溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲。要是溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲。1 1、溝道熱噪聲、溝道熱噪聲2 2、柵

35、極感應(yīng)噪聲、柵極感應(yīng)噪聲3 3、閃爍噪聲、閃爍噪聲4 4、柵極散粒噪聲、柵極散粒噪聲401、溝道熱噪聲、溝道熱噪聲 這種噪聲是由導(dǎo)電溝道中多子不規(guī)則的熱運(yùn)這種噪聲是由導(dǎo)電溝道中多子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，它是場(chǎng)效應(yīng)管的主要噪聲來(lái)源。因?yàn)閯?dòng)產(chǎn)生的，它是場(chǎng)效應(yīng)管的主要噪聲來(lái)源。因?yàn)闇系离娮璧拇笮〔皇枪潭ǖ模軚艠O電壓的控溝道電阻的大小不是固定的，它受柵極電壓的控制，所以此噪聲電流的均方值與場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)制，所以此噪聲電流的均方值與場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)g gm m成正比。成正比。 24ndmikTgf412、柵極感應(yīng)噪聲、柵極感應(yīng)噪聲溝道熱噪聲通過(guò)柵極電容溝道熱噪聲通過(guò)柵極電容C Cgsgs的耦合，在柵極

36、上的耦合，在柵極上感應(yīng)而產(chǎn)生噪聲。通常把這種噪聲稱為場(chǎng)效應(yīng)感應(yīng)而產(chǎn)生噪聲。通常把這種噪聲稱為場(chǎng)效應(yīng)管的柵極感應(yīng)噪聲，其值隨工作頻率及管的柵極感應(yīng)噪聲，其值隨工作頻率及C Cgsgs的增的增高而變大。高而變大。3、閃爍噪聲（、閃爍噪聲（ 噪聲）噪聲） 場(chǎng)效應(yīng)管也存在場(chǎng)效應(yīng)管也存在 噪聲，其產(chǎn)生的原因與噪聲，其產(chǎn)生的原因與雙極型晶體管大致相同。雙極型晶體管大致相同。 1f1f424、柵極散粒噪聲、柵極散粒噪聲 這是由柵極內(nèi)電荷的不規(guī)則起伏引起的。這是由柵極內(nèi)電荷的不規(guī)則起伏引起的。對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，其噪聲電流的均方值與柵極對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，其噪聲電流的均方值與柵極漏電流（反向飽和電流）成正比，其值

37、比雙極型漏電流（反向飽和電流）成正比，其值比雙極型晶體管的散粒噪聲小得多。對(duì)于晶體管的散粒噪聲小得多。對(duì)于MOSMOS型場(chǎng)效應(yīng)管，型場(chǎng)效應(yīng)管，由于泄漏電流很小，一般其柵極散粒噪聲可忽略。由于泄漏電流很小，一般其柵極散粒噪聲可忽略。一般來(lái)說(shuō)，在頻率不是很高時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的噪一般來(lái)說(shuō)，在頻率不是很高時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲比雙極型晶體管的噪聲低。聲比雙極型晶體管的噪聲低。431.1.4 二極管的噪聲二極管的噪聲正偏：散粒噪聲、閃爍噪聲等；正偏：散粒噪聲、閃爍噪聲等；反偏：穩(wěn)壓二極管反偏：穩(wěn)壓二極管二極管二極管齊納擊穿：散粒噪聲、閃爍噪聲；齊納擊穿：散粒噪聲、閃爍噪聲；雪崩擊穿：散粒噪聲、多態(tài)噪聲；雪崩擊穿

38、：散粒噪聲、多態(tài)噪聲； 多態(tài)噪聲產(chǎn)生的原因，就是其電壓在兩個(gè)或多態(tài)噪聲產(chǎn)生的原因，就是其電壓在兩個(gè)或多個(gè)不同電平上進(jìn)行隨機(jī)轉(zhuǎn)換，這些電平可能相多個(gè)不同電平上進(jìn)行隨機(jī)轉(zhuǎn)換，這些電平可能相差毫伏數(shù)量級(jí)，且轉(zhuǎn)換的時(shí)間極快造成的。這種差毫伏數(shù)量級(jí)，且轉(zhuǎn)換的時(shí)間極快造成的。這種多態(tài)噪聲是由于多態(tài)噪聲是由于PNPN結(jié)內(nèi)的缺陷和不均勻性造成的。結(jié)內(nèi)的缺陷和不均勻性造成的。 441.1.5 天線噪聲天線噪聲1、接收天線端口的噪聲、接收天線端口的噪聲 接收天線端口的噪聲有兩個(gè)來(lái)源，其一是天線接收天線端口的噪聲有兩個(gè)來(lái)源，其一是天線本身的導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的噪聲（通?？梢院雎裕?；本身的導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的噪聲（通?？梢院雎裕?/p>

39、；其二是外來(lái)噪聲能量，主要包括周圍介質(zhì)輻射的其二是外來(lái)噪聲能量，主要包括周圍介質(zhì)輻射的噪聲能量和各種外界環(huán)境噪聲。因此，天線噪聲噪聲能量和各種外界環(huán)境噪聲。因此，天線噪聲是與其周圍的介質(zhì)溫度、天線的指向及頻率有關(guān)是與其周圍的介質(zhì)溫度、天線的指向及頻率有關(guān)的物理量。的物理量。天線中的熱噪聲電壓為：天線中的熱噪聲電壓為： 24naAnekT R BW式中，式中，RA為天線的輻射電阻；為天線的輻射電阻；Ta為天線的等效噪為天線的等效噪聲溫度，與周圍介質(zhì)的溫度、天線的指向等有關(guān)；聲溫度，與周圍介質(zhì)的溫度、天線的指向等有關(guān)；BWn為接收機(jī)的等效噪聲帶寬。為接收機(jī)的等效噪聲帶寬。45 當(dāng)天線與接收機(jī)輸入端

40、相匹配時(shí)，輸入接收機(jī)當(dāng)天線與接收機(jī)輸入端相匹配時(shí)，輸入接收機(jī)的天線噪聲功率為額定噪聲功率，即的天線噪聲功率為額定噪聲功率，即 24nninimanAePPkT BWR462、天線周圍的環(huán)境噪聲、天線周圍的環(huán)境噪聲 天線的環(huán)境噪聲是指大氣電離層的衰落和天天線的環(huán)境噪聲是指大氣電離層的衰落和天氣的變化等因素引起的自然噪聲，以及來(lái)自銀河氣的變化等因素引起的自然噪聲，以及來(lái)自銀河系、太陽(yáng)和月球的無(wú)線電輻射產(chǎn)生的宇宙噪聲。系、太陽(yáng)和月球的無(wú)線電輻射產(chǎn)生的宇宙噪聲。環(huán)境噪聲是不穩(wěn)定的，在空間的分布也是不均勻環(huán)境噪聲是不穩(wěn)定的，在空間的分布也是不均勻的。例如，自然噪聲隨季節(jié)、晝夜時(shí)間以及頻率的。例如，自然噪

41、聲隨季節(jié)、晝夜時(shí)間以及頻率的變化都將發(fā)生變化；通常，銀河系的輻射較強(qiáng)，的變化都將發(fā)生變化；通常，銀河系的輻射較強(qiáng)，其主要影響在米波段以下，長(zhǎng)期觀測(cè)表明，這種其主要影響在米波段以下，長(zhǎng)期觀測(cè)表明，這種影響是穩(wěn)定的；太陽(yáng)的影響最大又極不穩(wěn)定，它影響是穩(wěn)定的；太陽(yáng)的影響最大又極不穩(wěn)定，它與太陽(yáng)黑子的變化等有關(guān)。與太陽(yáng)黑子的變化等有關(guān)。 471.1.6 多個(gè)噪聲源作用于電路時(shí)的計(jì)算多個(gè)噪聲源作用于電路時(shí)的計(jì)算 若電路中存在的多個(gè)噪聲源是互不相關(guān)的，即若電路中存在的多個(gè)噪聲源是互不相關(guān)的，即各噪聲源中任一噪聲源在某特定時(shí)間上的噪聲電壓各噪聲源中任一噪聲源在某特定時(shí)間上的噪聲電壓的瞬時(shí)值與另一噪聲源在該時(shí)

42、間上的數(shù)值大小無(wú)關(guān)，的瞬時(shí)值與另一噪聲源在該時(shí)間上的數(shù)值大小無(wú)關(guān)，則總輸出噪聲功率等于各自輸出功率之和。則總輸出噪聲功率等于各自輸出功率之和。 對(duì)于對(duì)于k k個(gè)噪聲源，有個(gè)噪聲源，有 222212nnnnkeeee481.2 噪聲的表示和計(jì)算噪聲的表示和計(jì)算 信噪比：信噪比：S/N=信號(hào)功率信號(hào)功率/噪聲功率，表示噪聲對(duì)有噪聲功率，表示噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響。在一些部件和系統(tǒng)中，噪聲對(duì)其性用信號(hào)的影響。在一些部件和系統(tǒng)中，噪聲對(duì)其性能的影響主要表現(xiàn)在信號(hào)與噪聲的相對(duì)大小，即信能的影響主要表現(xiàn)在信號(hào)與噪聲的相對(duì)大小，即信噪比上。噪比上。 例如，以收音機(jī)和電視來(lái)說(shuō)，若輸出端的信噪比例如，以收音機(jī)和電

43、視來(lái)說(shuō)，若輸出端的信噪比越大，聲音、圖像就越清楚。因此，我們希望當(dāng)有越大，聲音、圖像就越清楚。因此，我們希望當(dāng)有用信號(hào)和輸入端的噪聲通過(guò)系統(tǒng)時(shí)，此系統(tǒng)不引入用信號(hào)和輸入端的噪聲通過(guò)系統(tǒng)時(shí)，此系統(tǒng)不引入附加的噪聲，即輸出端與輸入端具有相同的信噪比。附加的噪聲，即輸出端與輸入端具有相同的信噪比。 實(shí)際上，由于電路或系統(tǒng)內(nèi)部總有附加噪聲，信實(shí)際上，由于電路或系統(tǒng)內(nèi)部總有附加噪聲，信噪比不可能不變，因此我們希望輸出端信噪比的下噪比不可能不變，因此我們希望輸出端信噪比的下降要盡可能小，從而引出了降要盡可能小，從而引出了噪聲系數(shù)。噪聲系數(shù)。491.1.1 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)一、定義一、定義 對(duì)于一個(gè)線性四端

44、網(wǎng)絡(luò)，噪聲系數(shù)為：對(duì)于一個(gè)線性四端網(wǎng)絡(luò)，噪聲系數(shù)為：sinisonoPPFPP入端信噪比出端信噪比分貝表示：分貝表示：10log()NFF dBPni網(wǎng)絡(luò)輸入端的噪聲功率，由信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生，并網(wǎng)絡(luò)輸入端的噪聲功率，由信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生，并且規(guī)定內(nèi)阻的溫度為且規(guī)定內(nèi)阻的溫度為T0=290K，稱作標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度。，稱作標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度。Pno網(wǎng)絡(luò)輸出端的總噪聲功率，包括網(wǎng)絡(luò)輸出端的總噪聲功率，包括Pni和網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部和網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲功率。噪聲功率。50進(jìn)一步推導(dǎo)為：進(jìn)一步推導(dǎo)為：表示電路對(duì)信號(hào)的功率增益；表示電路對(duì)信號(hào)的功率增益； /sininononososonopninionisiPPPPPFPPPAPP

45、PPpsosiAPPniopniPAP表示輸入噪聲經(jīng)過(guò)電路后，在電表示輸入噪聲經(jīng)過(guò)電路后，在電路輸出端產(chǎn)生的噪聲功率。路輸出端產(chǎn)生的噪聲功率。 51若電路內(nèi)部噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率為若電路內(nèi)部噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率為 Pnao，則，則nonaopninaonioPPAPPP11naonionaonaonioniopniPPPPFPPA P 可見(jiàn)，噪聲系數(shù)可見(jiàn)，噪聲系數(shù)F F 可以看作是輸出端的噪聲總可以看作是輸出端的噪聲總功率功率P Pnono與輸入噪聲在輸出端引起的噪聲功率與輸入噪聲在輸出端引起的噪聲功率P Pnionio之之比，其值總是大于比，其值總是大于1 1的。對(duì)于理想的無(wú)噪聲

46、系統(tǒng)，的。對(duì)于理想的無(wú)噪聲系統(tǒng)，P Pnaonao=0=0，F(xiàn) F=1=1，即，即F=0dBF=0dB，也就是在輸入噪聲基礎(chǔ)上，也就是在輸入噪聲基礎(chǔ)上不再增加噪聲。由此可見(jiàn)，噪聲系數(shù)不再增加噪聲。由此可見(jiàn)，噪聲系數(shù)F F 可以作為可以作為電路本身引起信噪比惡化程度的直接度量。電路本身引起信噪比惡化程度的直接度量。 52例如：例如： 一個(gè)晶體管放大器，假如測(cè)量到其輸入端的一個(gè)晶體管放大器，假如測(cè)量到其輸入端的信噪比：信噪比：S/N=10，輸出端為，輸出端為5，則，則 F10/5 2，NF3 dB。 圖1.2.1 2N4957晶體管的NF頻率特性曲線（摩托羅拉半導(dǎo)體產(chǎn)品部供圖） 對(duì)于低噪聲器件，對(duì)

47、于低噪聲器件，一般一般NF1dBNF1dB，只是價(jià)，只是價(jià)格要貴一些。格要貴一些。 右圖為晶體管右圖為晶體管2N49572N4957的的NFNF頻率特性頻率特性曲線。曲線。 53圖1.2.2 2N4957晶體管的噪聲系數(shù)等值線圖（摩托羅拉半導(dǎo)體產(chǎn)品部供圖） 還可以用噪聲系數(shù)等值線圖來(lái)表示器件的噪聲特性。還可以用噪聲系數(shù)等值線圖來(lái)表示器件的噪聲特性。 54級(jí)聯(lián)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算：級(jí)聯(lián)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算：55 對(duì)于一個(gè)級(jí)聯(lián)的多級(jí)放大器，若由功率增益分對(duì)于一個(gè)級(jí)聯(lián)的多級(jí)放大器，若由功率增益分別為別為A Ap1p1，A Ap2p2，AApnpn的單級(jí)放大器組成，相應(yīng)的的單級(jí)放大器組成，相應(yīng)的噪聲系

48、數(shù)為噪聲系數(shù)為F F1 1，F(xiàn) F2 2，F(xiàn)Fn n，可以證明，此多級(jí)放，可以證明，此多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)為：大器的總噪聲系數(shù)為： 32111212(1)111npppppp nFFFFFAAAAAA 可見(jiàn)，影響級(jí)聯(lián)放大器噪聲性能的主要因素是可見(jiàn)，影響級(jí)聯(lián)放大器噪聲性能的主要因素是第一級(jí)的噪聲系數(shù)第一級(jí)的噪聲系數(shù)F F1 1和其功率增益和其功率增益A Ap1p1。要降低總。要降低總的噪聲系數(shù)，就必須減小第一級(jí)的噪聲系數(shù)，并的噪聲系數(shù)，就必須減小第一級(jí)的噪聲系數(shù)，并使第一級(jí)的功率增益增大。使第一級(jí)的功率增益增大。 562 2、噪聲系數(shù)計(jì)算方法、噪聲系數(shù)計(jì)算方法（1 1）按定義計(jì)算）按定義計(jì)算

49、右圖所示電路中，右圖所示電路中，在負(fù)載在負(fù)載R RL L上的信噪比為上的信噪比為 Rs 2ne RL vs 22222SLSLsoSononnLSLVRRRPVSNPeeRRR57（2）額定功率法）額定功率法/1/simnimnomnaomsomnompmnimpmnimPPPPFPPAPAPPsim和和Psom 分別為輸入和輸出信號(hào)的額定功率；分別為輸入和輸出信號(hào)的額定功率；Pnim和和Pnom 分別為輸入和輸出噪聲的額定功率；分別為輸入和輸出噪聲的額定功率；Pnaom為電路內(nèi)部的最大輸出噪聲功率；為電路內(nèi)部的最大輸出噪聲功率；Apm 表示電路對(duì)信號(hào)的額定功率增益。表示電路對(duì)信號(hào)的額定功率增

50、益。 噪聲系數(shù)的值，與輸出端所接負(fù)載的大小無(wú)關(guān)，噪聲系數(shù)的值，與輸出端所接負(fù)載的大小無(wú)關(guān)，所以可用額定功率表示實(shí)際功率（額定功率是指網(wǎng)所以可用額定功率表示實(shí)際功率（額定功率是指網(wǎng)絡(luò)的輸入端和輸出端都達(dá)到阻抗匹配，輸入和輸出絡(luò)的輸入端和輸出端都達(dá)到阻抗匹配，輸入和輸出功率達(dá)到最大）。功率達(dá)到最大）。58（3） 開(kāi)路電壓法和短路電流法開(kāi)路電壓法和短路電流法n噪聲系數(shù)與輸出端所接負(fù)載的大?。òㄩ_(kāi)路和短噪聲系數(shù)與輸出端所接負(fù)載的大小（包括開(kāi)路和短路）無(wú)關(guān)。因此，噪聲系數(shù)也可表示成輸出端開(kāi)路路）無(wú)關(guān)。因此，噪聲系數(shù)也可表示成輸出端開(kāi)路時(shí)的兩均方電壓之比或輸出端短路時(shí)的兩均方電流時(shí)的兩均方電壓之比或輸出

51、端短路時(shí)的兩均方電流之比，即之比，即22noniovFv22nonioiFi分別是網(wǎng)絡(luò)輸出端開(kāi)路和短路時(shí)總的輸出噪聲均分別是網(wǎng)絡(luò)輸出端開(kāi)路和短路時(shí)總的輸出噪聲均方電壓和電流；方電壓和電流；分別是網(wǎng)絡(luò)輸出端開(kāi)路和短路時(shí)理想網(wǎng)絡(luò)的輸出分別是網(wǎng)絡(luò)輸出端開(kāi)路和短路時(shí)理想網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲均方電壓和電流。噪聲均方電壓和電流。22 nonovi和22 nioniovi和 59（4）無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù) /simnimnomsomnompmnimPPPFPPAP對(duì)于無(wú)源有耗四端口網(wǎng)絡(luò)：對(duì)于無(wú)源有耗四端口網(wǎng)絡(luò)：nomnimPPkTf1pmFLAL-插入損耗插入損耗60由以上討論可看出，噪聲

52、系數(shù)與以下因素有關(guān)：由以上討論可看出，噪聲系數(shù)與以下因素有關(guān)：n噪聲系數(shù)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲大小有關(guān)。噪聲系數(shù)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲大小有關(guān)。n噪聲系數(shù)與輸入噪聲噪聲系數(shù)與輸入噪聲P Pnini的大小或者說(shuō)與信號(hào)的大小或者說(shuō)與信號(hào)源噪聲溫度源噪聲溫度T T有關(guān)，因此測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)有關(guān)，因此測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)時(shí)，規(guī)定信號(hào)源內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，即時(shí)，規(guī)定信號(hào)源內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，即T T0 0290K290K。n網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)還與信號(hào)源內(nèi)阻網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)還與信號(hào)源內(nèi)阻R RS0S0有關(guān)，因此有關(guān)，因此存在使網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)最小的最佳源阻抗。存在使網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)最小的最佳源阻抗。611.2.2 等效噪聲溫度等效噪聲溫度

53、 在某些低噪聲的系統(tǒng)中，如衛(wèi)星地面接收機(jī)，常在某些低噪聲的系統(tǒng)中，如衛(wèi)星地面接收機(jī)，常用噪聲溫度用噪聲溫度T Te e來(lái)表示系統(tǒng)的噪聲性能，而不用來(lái)表示系統(tǒng)的噪聲性能，而不用NFNF。 T Te e的定義是：的定義是：將有噪線性網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲折算到將有噪線性網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲折算到電路輸入端，此內(nèi)部噪聲可以用提高信號(hào)源內(nèi)阻上的電路輸入端，此內(nèi)部噪聲可以用提高信號(hào)源內(nèi)阻上的溫度來(lái)等效，即將其視為信號(hào)源內(nèi)阻溫度來(lái)等效，即將其視為信號(hào)源內(nèi)阻RS0處于溫度處于溫度Te時(shí)產(chǎn)生的噪聲，而將原網(wǎng)絡(luò)看作理想無(wú)噪聲網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)產(chǎn)生的噪聲，而將原網(wǎng)絡(luò)看作理想無(wú)噪聲網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)個(gè)Te就稱為等效噪聲溫度。就稱為等效噪聲溫度。

54、 (1)naonainipPPFPA(1)eokTfFkTf (1)eoTFT1eoTFT Rs sv Ta+ Te 無(wú)噪網(wǎng)絡(luò) 圖1.2.5 網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度62對(duì)于多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其等效噪聲溫度為對(duì)于多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其等效噪聲溫度為22111212(1)eeeneepmpmpmpmpmpm nTTTTTAAAAAA63網(wǎng)絡(luò)噪聲與等效噪聲溫度為網(wǎng)絡(luò)噪聲與等效噪聲溫度為TaTa的天線噪聲的天線噪聲（即信號(hào)源噪聲）相加（即信號(hào)源噪聲）相加()ninimaePPk TTf64例例1.2.1 1.2.1 計(jì)算圖計(jì)算圖1.2.61.2.6虛線框內(nèi)電路的噪聲系數(shù)。虛線框內(nèi)電路的噪聲系數(shù)。20 4()noSv

55、kTfRR652 4naovkTfR20 4nioSvkTfR2222011nonaoSnioniovvRFRvv66（2 2）短路電流法）短路電流法 將將R RL L短路，有：短路，有：204 noSkTfiRR20204 ()snioSkT RfiRR2222011nonaoSnionioiiRFRii2204 ()naoSkT RfiRR因此：因此：67（3 3）額定功率法）額定功率法 0 , SSoSVVRRR24SsimSVPR2244()SSsomoSVVPRRR由于輸入和輸出信號(hào)的額定功率分別為由于輸入和輸出信號(hào)的額定功率分別為 在輸出端，等效戴維南電路參數(shù)為在輸出端，等效戴維南

56、電路參數(shù)為680001simSsomSSPRRRFPRR對(duì)于輸入、輸出端均匹配的無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)，其中對(duì)于輸入、輸出端均匹配的無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)，其中 nomnimPPkTf因此因此691.1.3 1.1.3 放大器的通用噪聲等效電路放大器的通用噪聲等效電路 一個(gè)簡(jiǎn)化的放大器通用噪聲等效電路，此一個(gè)簡(jiǎn)化的放大器通用噪聲等效電路，此電路假定電路假定所有噪聲具有相同的頻譜，而且無(wú)相所有噪聲具有相同的頻譜，而且無(wú)相關(guān)性關(guān)性。 2ne2ni 利用噪聲等效電路，在輸入短路和開(kāi)路情況利用噪聲等效電路，在輸入短路和開(kāi)路情況下，分別測(cè)量輸出端的噪聲均方根值，通過(guò)折算下，分別測(cè)量輸出端的噪聲均方根值，通過(guò)折算便可求出便可求出 和和 的值，進(jìn)而便可計(jì)算噪聲系數(shù)。的值，進(jìn)而便可計(jì)算噪聲系數(shù)。 因因A A是無(wú)噪聲放大器，是無(wú)噪聲放大器，所以其輸入和輸出端的噪所以其輸入和輸出端的噪聲系數(shù)是相同的，只要計(jì)聲系數(shù)是相同的，只要計(jì)算出信號(hào)源到算出信號(hào)源到Z Zi i兩端的噪兩端的噪聲系數(shù)即可。聲系數(shù)即可。 iZ701.2.4 噪聲系數(shù)與靈敏度噪聲系數(shù)與靈敏度 對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收微弱信號(hào)的能力通常用對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收微弱信號(hào)的能力通常用靈敏度來(lái)衡量。靈敏度來(lái)衡量。 靈敏度就是在給