碩力更高頻電子線路第二章高頻電路基礎 ppt課件

1、第第2 2章章 高頻電路根底高頻電路根底2.1高頻電路中的根本元器件高頻電路中的根本元器件 2.2高頻電路中的根本電路高頻電路中的根本電路 2.3 電子噪聲及其特性電子噪聲及其特性2.4 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路22.2 高頻電路中的根本電路高頻電路中的根本電路2.2.1 高頻振蕩回路高頻振蕩回路高頻振蕩回路是高頻電路中運用最廣的無源網(wǎng)絡，也是高頻振蕩回路是高頻電路中運用最廣的無源網(wǎng)絡，也是構(gòu)成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要部件，在電構(gòu)成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要部件，在電路中完成阻抗變換、信號選擇等義務，并可直接作為負載運路

2、中完成阻抗變換、信號選擇等義務，并可直接作為負載運用。下面分簡單振蕩回路、抽頭并聯(lián)振蕩回路和耦合振蕩回用。下面分簡單振蕩回路、抽頭并聯(lián)振蕩回路和耦合振蕩回路三部分來討論。路三部分來討論。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路3 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路儲能元件電感和電容并聯(lián)儲能元件電感和電容并聯(lián)電流驅(qū)動，電壓輸出電流驅(qū)動，電壓輸出傳輸函數(shù)具有阻抗的量綱傳輸函數(shù)具有阻抗的量綱1.簡單簡單振振蕩蕩回路回路串聯(lián)諧振回路：電壓驅(qū)動，電流輸出串聯(lián)諧振回路：電壓驅(qū)動，電流輸出)()( jjjIVZgoP ）（）（ jjjZVIso1)()( LCLC諧振回路是最簡單也是最根本的諧振回路是最簡單也是最根本的L

3、CLC濾波器電路。濾波器電路。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路4自在振蕩景象：自在振蕩景象：R、L、C電路具有自在振蕩景象。電路具有自在振蕩景象。10diLRiidtdtC 2LC1R=0，等幅振蕩，等幅振蕩;2R0，減幅振蕩，減幅振蕩 R ，沒有振蕩。，沒有振蕩。2LCL1120C2V1TD = 0TF = 0PW = 100uPER =V1 = 0TR = 0V2 = 1R1V-V+ 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路5為回路自然角頻率。為回路自然角頻率。LC10 1R=0，等幅振，等幅振蕩蕩 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路62 2R0R0，減幅振蕩，減幅振蕩 R R 2LC 高高

4、 頻頻 電電 子子 線線 路路73 3R0R ，沒沒有振有振蕩蕩。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路91電路特點電路特點 固有損耗也可等效表示為并聯(lián)諧振電阻固有損耗也可等效表示為并聯(lián)諧振電阻RPRP 回路電感元件的固有損耗電阻回路電感元件的固有損耗電阻RSRS包括電包括電感線圈感線圈 導線的歐姆電阻、由趨膚效應引起的導線的歐姆電阻、由趨膚效應引起的高頻損耗電阻高頻損耗電阻 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路10n傳輸函數(shù)傳輸阻抗傳輸函數(shù)傳輸阻抗 CLjRCjLjRCjLjRCjLjRjIjVjZSsssgoP 1111)()()(n諧振：諧振：n回路電壓與輸入鼓勵電流同相位回路電壓與輸入鼓勵

5、電流同相位n回路呈純阻特性回路呈純阻特性0)(jXP2221111111QCLRLCLRLCoSSP LCo1 11pSSpSLLQRCRCR其中其中PpgoRjIV)(max 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路11 sssCRRLCLRQ0011 n 回路空載固有質(zhì)量因數(shù)回路空載固有質(zhì)量因數(shù) Q Q 易丈量易丈量n 意義：表征回路諧振過程中一個周期的電抗意義：表征回路諧振過程中一個周期的電抗元件的儲能與電阻元件耗能情況的比值。元件的儲能與電阻元件耗能情況的比值。20211)(1QLRLCsP 當當 Q 1 時：時：0 Pn 回路諧振角頻率：回路諧振角頻率：為回路無阻尼振蕩角頻率。為回路無阻尼

6、振蕩角頻率。LC10 n 特性阻抗特性阻抗 ：CLCL001 P sR 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路12SQSPRQRQR212)1( LLQLQP12)11( 使網(wǎng)絡阻抗使網(wǎng)絡阻抗ZPj相等進展等效相等進展等效LRCRCRRLQoPPoSoSo 1串聯(lián)與并聯(lián)回路串聯(lián)與并聯(lián)回路Q值一樣值一樣 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路13)()()(1)(1)(002002arctgQQRjYjZPPPP2并聯(lián)回路端阻抗的模和相角隨頻率變化的關(guān)系為：并聯(lián)回路端阻抗的模和相角隨頻率變化的關(guān)系為： 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路14并聯(lián)回路的阻抗特性并聯(lián)回路的阻抗特性 = 0 ，呈純電阻且阻值最

7、大，呈純電阻且阻值最大 0 ，呈容性，呈容性 0 ，呈感性，呈感性 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路15串聯(lián)回路的阻抗特性串聯(lián)回路的阻抗特性 = 0 ，呈純電阻且阻值最小，呈純電阻且阻值最小 0 ，呈感性，呈感性 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路163諧振特性諧振特性并聯(lián)回路諧振時，流過其電抗支路的電流并聯(lián)回路諧振時，流過其電抗支路的電流ILIL、IC IC 比鼓勵電流比鼓勵電流IgIg大大Q Q倍，故并聯(lián)諧振又稱電流諧倍，故并聯(lián)諧振又稱電流諧振。所以質(zhì)量因數(shù)振。所以質(zhì)量因數(shù) Q Q 易丈量。易丈量。并聯(lián)諧振時并聯(lián)諧振時 Q Q值很高，輸出最大電壓：值很高，輸出最大電壓：PogooRjIj

8、V)()(max 并聯(lián)回路在諧振時的并聯(lián)回路在諧振時的電流、電壓相位關(guān)系如電流、電壓相位關(guān)系如下圖。下圖。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路17 串聯(lián)回路諧振時，電抗上電壓是鼓勵電壓的串聯(lián)回路諧振時，電抗上電壓是鼓勵電壓的 Q Q 倍，故串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。所以質(zhì)量因數(shù)倍，故串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。所以質(zhì)量因數(shù) Q Q 易丈量。易丈量。 串聯(lián)回路諧振時，回路呈純電阻，且阻值最小，串聯(lián)回路諧振時，回路呈純電阻，且阻值最小，回路電流最大?；芈冯娏髯畲?。串聯(lián)回路在諧振時的電串聯(lián)回路在諧振時的電流、電壓相位關(guān)系如下圖。流、電壓相位關(guān)系如下圖。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路184 頻率特性、通頻

9、帶調(diào)和波抑制度頻率特性、通頻帶調(diào)和波抑制度 頻率特性：頻率特性： 以以 = 時的輸出電壓時的輸出電壓 對對 歸一化，可得并聯(lián)諧振回路的相對幅頻特性與相頻歸一化，可得并聯(lián)諧振回路的相對幅頻特性與相頻特性，其值分別如下：特性，其值分別如下：)(0 jVo)( jVo0 20020)(11)()()( QjVjVoov)()(00 arctgQv )(11)()()(000 jQjVjVjoov 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路19并聯(lián)諧振回路的相對幅頻特性和相對相頻特性并聯(lián)諧振回路的相對幅頻特性和相對相頻特性Q Q值增大值增大選擇性更好選擇性更好Q Q值增大值增大斜率的絕對值增大斜率的絕對值增大

10、2002)(11)( Qv)()(00 arctgQv單位諧振曲線可表示選擇性好壞。單位諧振曲線可表示選擇性好壞。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路20）（）（ 00 arctgQi串聯(lián)諧振回路的相對幅頻特性和相對相頻特性串聯(lián)諧振回路的相對幅頻特性和相對相頻特性Q Q值增大值增大選擇性更好選擇性更好Q Q值增大值增大斜率的絕對值增大斜率的絕對值增大2002)(11)( Qi)(11)()()(000 jQjIjIjooi 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路2121 廣義失諧廣義失諧n通頻帶通頻帶BW：當堅持外加信號的幅值不變而改動其：當堅持外加信號的幅值不變而改動其頻率時頻率時, 將并聯(lián)回路

11、端電壓值將并聯(lián)回路端電壓值(串聯(lián)回路電流值下降為串聯(lián)回路電流值下降為諧振值的諧振值的 時對應的頻率范圍稱為回路的通頻帶。時對應的頻率范圍稱為回路的通頻帶。00: ()Q 在實踐運用中在實踐運用中, 外加信號的頻率外加信號的頻率與回路諧振頻率與回路諧振頻率0之之差差=-0表示頻率偏離諧振的程度表示頻率偏離諧振的程度, 稱為失諧。稱為失諧。000000202002)(2)( 當當與與0很接近時很接近時,令：令：2020022(11)(11)( QQ那么：那么： 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路22QffBW02 2/1 202022002)2(11)2(1111)(11)( ffQQQ =1,那

12、么：那么：那么：那么：令：令：)(00 Q 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路23n 諧波抑制度諧波抑制度 ?基基波波成成分分輸輸出出功功率率某某種種諧諧波波成成分分輸輸出出功功率率 例：假設例：假設Q=100，二次諧波抑制度，二次諧波抑制度20020)(11)()()( QjVjVoovdBv5 .432lg200 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路24 為了衡量實踐幅頻特性曲線接近理想幅頻特性曲線的程度，提出了“矩形系數(shù)這個性能目的。 矩形系數(shù)0.1：為單位諧振曲線值下降到.時的頻帶范圍0.1與通頻帶0.7之比， 即:7 . 01 . 01 . 0BWBWKn 矩形系數(shù)矩形系數(shù)K 高高 頻

13、頻 電電 子子 線線 路路257 . 01 . 01 . 0BWBWK 0.1是一個是一個大于或等于大于或等于的數(shù)，的數(shù)， 其數(shù)值其數(shù)值越小，越小， 那么對那么對應的幅頻特性應的幅頻特性越理想。越理想。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路26解：解： 取取 220011()1021()ffQf 用類似于求通頻帶用類似于求通頻帶0.7的方法可求得的方法可求得:002341 . 0110QfffBW95. 911027 . 01 . 01 . 0BWBWK 一個單諧振回路的矩形系數(shù)是一個定值一個單諧振回路的矩形系數(shù)是一個定值,與其回路值與其回路值調(diào)和振頻率無關(guān)，且這個數(shù)值較大，接近，調(diào)和振頻率無關(guān)

14、，且這個數(shù)值較大，接近， 闡明單諧闡明單諧振回路的幅頻特性不大理想。振回路的幅頻特性不大理想。 例：例： 求并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)求并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)0.1 。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路275 信號源內(nèi)阻和負載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響信號源內(nèi)阻和負載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響LgPRRRR/ LRQe0 LgCCCC 影響諧振回路諧振頻率。影響諧振回路諧振頻率。減小減小 通頻帶加寬通頻帶加寬 選擇性變壞。選擇性變壞。gI)(0QfBw 有載質(zhì)量因數(shù)有載質(zhì)量因數(shù)影響：影響： 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路28 在有信號源內(nèi)阻和負載電阻情況下，為了在有信號源內(nèi)阻和負載電阻情況下，為

15、了對并聯(lián)諧振回路的影響小，需求運用阻抗變換對并聯(lián)諧振回路的影響小，需求運用阻抗變換電路。電路。并聯(lián)諧振回路希望用恒流源鼓勵。并聯(lián)諧振回路希望用恒流源鼓勵。結(jié)論：結(jié)論：串聯(lián)諧振回路希望用恒壓源鼓勵。串聯(lián)諧振回路希望用恒壓源鼓勵。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路29(1) (1) 全耦合變壓器等效全耦合變壓器等效2222112LLLLVVRVRRRV LRVP222 211LRVP 從功率等效角度證明：從功率等效角度證明：12PP 理想變壓器無損耗：理想變壓器無損耗：212NN 212LLNRRN接入系數(shù)接入系數(shù):11212 NNVVpL2L1RpR 2. 抽抽頭并聯(lián)頭并聯(lián)振振蕩蕩回路回路 高

16、高 頻頻 電電 子子 線線 路路30部分接入法：負載電阻部分接入法：負載電阻 RL是經(jīng)過雙電容分壓接入并聯(lián)諧是經(jīng)過雙電容分壓接入并聯(lián)諧 振回路的振回路的,稱為部分接入法。稱為部分接入法。 令接入系數(shù)：令接入系數(shù)：可得：可得：2pRRLL 21112CCCVVp (2) (2) 雙電容耦合電路雙電容耦合電路)1( ,2cRL u 由低抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換，阻抗提高。由低抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換，阻抗提高。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路31L211RVP L222RVP 21PP L2L221L1RpRVVR 接入系數(shù)接入系數(shù)1p12 VV功率守恒功率守恒2L1CRCCVVp 11212 2CC2112

17、2121CCCCCCCC 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路32(3) (3) 雙電感抽頭耦合電路忽略了互感雙電感抽頭耦合電路忽略了互感M M 負載電阻負載電阻RLRL是經(jīng)過雙電感抽頭接入并聯(lián)諧振回路是經(jīng)過雙電感抽頭接入并聯(lián)諧振回路的的, ,為部分接入法。為部分接入法。 令接入系數(shù)：令接入系數(shù)：21212LLLVVp 得：得：2pRRLL ，(P1時，那么簡化為：時，那么簡化為： Rp Q2Rs Xp Xs結(jié)論：結(jié)論：2串聯(lián)電抗變?yōu)橥再|(zhì)的并聯(lián)電抗。串聯(lián)電抗變?yōu)橥再|(zhì)的并聯(lián)電抗。1小的串聯(lián)電阻變?yōu)榇蟮牟⒙?lián)電阻。小的串聯(lián)電阻變?yōu)榇蟮牟⒙?lián)電阻。當質(zhì)量因數(shù)足夠高時當質(zhì)量因數(shù)足夠高時 高高 頻頻 電電

18、 子子 線線 路路40 對于復雜的并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率調(diào)和振阻抗的計算對于復雜的并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率調(diào)和振阻抗的計算普通更為繁瑣。然而，當整個電路滿足高普通更為繁瑣。然而，當整個電路滿足高Q條件時，計算可以條件時，計算可以大大化簡。大大化簡。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路41 Is C L R 損耗電阻損耗電阻Q高LC1p 對于高對于高Q值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧振回路相近，諧振阻抗可以經(jīng)過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互振回路相近，諧振阻抗可以經(jīng)過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互換得到。換得到。 Is C L Rp CRLRQR2pp 高高 頻頻 電電 子子 線線

19、 路路42當質(zhì)量因數(shù)足夠高時當質(zhì)量因數(shù)足夠高時LC1p2p212p1pp)(LRRGGG 對于高對于高Q值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧振回路相近，諧振阻抗可以經(jīng)過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互振回路相近，諧振阻抗可以經(jīng)過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互換得到。換得到。End 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路43 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路44 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路45 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路46補充題補充題1 1：串聯(lián)回路如以下圖所示。：串聯(lián)回路如以下圖所示。 信號源頻率信號源頻率 F =1MHz, F =1MHz,電壓有效值電壓有效值 V=0.

20、1V。將。將1-1端短接，電容端短接，電容C 調(diào)到調(diào)到100PF時諧振。此時，電容時諧振。此時，電容 C 兩端兩端電壓有效值為電壓有效值為10V。如如1-1端開路再串接一阻抗端開路再串接一阻抗 Z 電阻和電容串聯(lián)，那么回電阻和電容串聯(lián)，那么回路路失諧，電容失諧，電容 C 調(diào)到調(diào)到200PF時重新諧振。此時，電容時重新諧振。此時，電容 C 兩端兩端的電壓有效值為的電壓有效值為2.5V。試求：線圈的電感試求：線圈的電感 L，串接阻抗，串接阻抗Z前后的回路質(zhì)量因數(shù)前后的回路質(zhì)量因數(shù) Q 以以及未知阻抗及未知阻抗 Z 。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路47 并聯(lián)回路如以下圖所示。知：并聯(lián)回路如以下

21、圖所示。知：L1= L2=5uH，(固有固有)Q=100。C1 =C2=8PF，信源內(nèi)阻：，信源內(nèi)阻：Rg =40K,負載電阻：負載電阻：RL=10K。提示提示:思索電感本身的損耗。思索電感本身的損耗。補充題補充題 2 2：試求：無阻尼諧振頻率；試求：無阻尼諧振頻率； 等效諧振電阻等效諧振電阻 R ； 通頻帶通頻帶 。 不接不接 ， 如何變？如何變？RLBWBW 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路48 耦合回路是由兩個或兩個以上的電路構(gòu)成的一個網(wǎng)絡，耦合回路是由兩個或兩個以上的電路構(gòu)成的一個網(wǎng)絡，兩個電路之間必需有公共阻抗存在，才干完成耦協(xié)作兩個電路之間必需有公共阻抗存在，才干完成耦協(xié)作用。用

22、。3. 耦合振耦合振蕩蕩回路回路 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路49在耦合回路中接有鼓勵信號源的回路稱為初級回在耦合回路中接有鼓勵信號源的回路稱為初級回路，與負載相接的回路稱為次級回路。路，與負載相接的回路稱為次級回路。為了闡明回路間的耦合程度，常用耦合系數(shù)來為了闡明回路間的耦合程度，常用耦合系數(shù)來表示，它的定義是：耦合回路的公共電抗或電阻表示，它的定義是：耦合回路的公共電抗或電阻絕對值與初、次級回路中同性質(zhì)的電抗或電阻的絕對值與初、次級回路中同性質(zhì)的電抗或電阻的幾何中項之比，即幾何中項之比，即221112XXXk 耦合振蕩回路在高頻電路中的主要功用:一是用來進展阻抗轉(zhuǎn)換以完成高頻信號的傳

23、輸; 一是構(gòu)成比簡單振蕩回路更好的頻率特性。 通常運用時都滿足下述兩個條件: 一是兩個回路都對信號頻率調(diào)諧; 另一個是都為高Q電路。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路50 在高頻電子線路中，常采用兩種耦合回路。在高頻電子線路中，常采用兩種耦合回路。為互感耦合串聯(lián)型回路；為電容耦合并聯(lián)型回路。為互感耦合串聯(lián)型回路；為電容耦合并聯(lián)型回路。21LLMk )(21MMMCCCCCk 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路5121111IMjZIV12IMjZI220由基爾霍夫定律得出回路電壓方程為由基爾霍夫定律得出回路電壓方程為 式中，式中，Z11為初級回路的自阻抗，即為初級回路的自阻抗，即Z11=R1

24、1+jX11, Z22為次級回路的自阻抗，即為次級回路的自阻抗，即Z22=R22+jX22。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路52由基爾霍夫定律得出回路電壓方程為由基爾霍夫定律得出回路電壓方程為2221111)(ZMZVI112221122)(jZMZZVMI解得解得21111IMjZIV12IMjZI220 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路532221111)(ZMZVI 反射阻抗，又稱為耦合阻抗，它的物理意義是：次反射阻抗，又稱為耦合阻抗，它的物理意義是：次級電流經(jīng)過互感的作用，在初級回路中感應的電動勢級電流經(jīng)過互感的作用，在初級回路中感應的電動勢對初級電流的影響，可用一個等效阻抗對初

25、級電流的影響，可用一個等效阻抗Zf1來表示。來表示。222f1ZMZ)( 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路54112221122)(jZMZZVMI 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路55在次級回路中反射阻抗在次級回路中反射阻抗Zf2：112f2ZMZ)( 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路56 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路57 普通采用普通采用 稍大于稍大于1 1，這時在，這時在通帶內(nèi)放大均勻，而在通帶外通帶內(nèi)放大均勻，而在通帶外衰減很大，為較理想的幅頻特衰減很大，為較理想的幅頻特性。性。 2222max22412 VVQK 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路58 普通采用普通采用

26、稍大于稍大于1 1，這時在通帶內(nèi)，這時在通帶內(nèi)放大均勻，而在通帶外衰減很大，為較放大均勻，而在通帶外衰減很大，為較理想的幅頻特性。理想的幅頻特性。 1:過耦合過耦合 =1:臨界耦合臨界耦合 1kHzf1kHz時可忽略時可忽略fkTrvbbbb 24fqIin 22dfqIidCcn)1(2022 f Wi ( f ) 3dB/ 十倍頻十倍頻 1/f 噪聲占優(yōu)噪聲占優(yōu) 6dB/ 十倍頻十倍頻 分配噪聲占優(yōu)分配噪聲占優(yōu) 白噪聲白噪聲 電阻熱噪聲和散粒噪聲占優(yōu)電阻熱噪聲和散粒噪聲占優(yōu) 2. 2. 晶體管的噪聲晶體管的噪聲 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路85 場效應管的噪聲場效應管的噪聲 溝道熱噪

27、聲：導電溝道電阻溝道熱噪聲：導電溝道電阻 柵極散粒噪聲：柵極電荷不規(guī)那么起伏柵極散粒噪聲：柵極電荷不規(guī)那么起伏 很小很小 柵極感應噪聲：溝道中的起伏噪聲經(jīng)過柵極感應噪聲：溝道中的起伏噪聲經(jīng)過溝道與柵極之間的電容，在柵極上感應溝道與柵極之間的電容，在柵極上感應產(chǎn)生的噪聲。與柵源電容成正比。產(chǎn)生的噪聲。與柵源電容成正比。 1/f 1/f 噪聲：主要影響低頻段噪聲：主要影響低頻段f1kHzf1kHz強于雙極型三極管強于雙極型三極管fkTgimnd 42fqIiGnG 22FET不存在分配噪聲，散粒噪聲又很小，不存在分配噪聲，散粒噪聲又很小，通常情況下，噪聲小于通常情況下，噪聲小于BJT 高高 頻頻

28、電電 子子 線線 路路862.4噪聲系數(shù)和噪聲溫度 但信噪比不能反映網(wǎng)絡對信號質(zhì)量的影響也不能表示網(wǎng)絡本身噪聲性能的好壞引入噪聲系數(shù)來描畫或評價一個網(wǎng)絡的噪聲性能。/snPSNRSNP表示為n 一個實踐網(wǎng)絡的輸出信號質(zhì)量可以用輸出信噪比來衡量n信噪比:信號噪聲功率之比，是衡量信號質(zhì)量優(yōu)劣的目的 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路87 定義：在規(guī)范信號源鼓定義：在規(guī)范信號源鼓勵下，網(wǎng)絡輸入信噪比勵下，網(wǎng)絡輸入信噪比與其輸出信噪比的比值。與其輸出信噪比的比值。/iiFooSNNSNfkTRvsn 42 2nv sv sR 標準信號標準信號源源 n規(guī)范信號源規(guī)范信號源n信號電壓為信號電壓為vsn內(nèi)阻

29、為內(nèi)阻為Rsn并僅含有由并僅含有由Rs產(chǎn)生的白噪聲產(chǎn)生的白噪聲或稱為噪聲指數(shù)理想網(wǎng)絡理想網(wǎng)絡NF12.4.1 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路88對噪聲系數(shù)對噪聲系數(shù)的三種描畫的三種描畫a. 信噪比惡化程度/iiooFoooiipiSNNNNSNSSNK Nb. 網(wǎng)絡輸出噪聲功率和輸入噪聲功率在輸出端的比值功率增益：網(wǎng)絡輸出與輸入信號功率比值功率增益：網(wǎng)絡輸出與輸入信號功率比值/PoiKSS/iiFooSNNSN sRsv2nv/iiSN/ooSNiRoRLRFNpKaN線性電路線性電路 標標準準信信號號源源 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路89c. 任何實踐網(wǎng)絡的噪聲系

30、數(shù)，都是在理想網(wǎng)絡噪聲系數(shù)的根底上加上一個增量1aFPiNNK NoPiaNK NNn 網(wǎng)絡附加噪聲的輸出功率：aN/iiooFoooiipiSNNNNSNSSNK N 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路901噪聲系數(shù)定義中的噪聲功率是按每單位頻帶內(nèi)的噪聲功率定義的，也就是按輸出、輸入功率譜密度定義的。此時噪聲系數(shù)只是隨指定的任務頻率不同而不同，即表示為點頻的噪聲系數(shù)。 在實踐運用中，假設引入等效噪聲帶寬，即此定義中的噪聲功率為系統(tǒng)內(nèi)的實踐功率，這時的噪聲系數(shù)具有平均意義。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路912噪聲系數(shù)與輸入噪聲功率Ni有關(guān)，假設不給Ni以明確的規(guī)定，那么噪聲系數(shù)就沒有意義

31、。為此，在噪聲系數(shù)的定義中，規(guī)定Ni為信號源內(nèi)阻RS的最大輸出功率。表示為電壓源的噪聲電壓均方值為 4kTBRS，輸出的最大功率為kTB，與RS大小無關(guān)，并規(guī)定RS的溫度為 290 K，此溫度稱為規(guī)范噪聲溫度。需求闡明的是，Ni并不一定是實踐輸入線性系統(tǒng)的噪聲功率，只是在輸入端匹配時才相等。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路92(3) (3) 輸出端的阻抗匹配與否并不影響噪聲系數(shù)的大小，即輸出端的阻抗匹配與否并不影響噪聲系數(shù)的大小，即噪聲系數(shù)與輸出端所接負載的大小噪聲系數(shù)與輸出端所接負載的大小( (包括開路或短路包括開路或短路) )無關(guān)。無關(guān)。因此，噪聲系數(shù)也可表示成輸出端開路時的兩均方電壓

32、之因此，噪聲系數(shù)也可表示成輸出端開路時的兩均方電壓之比或輸出端短路時的兩均方電流之比，即比或輸出端短路時的兩均方電流之比，即2nio2noFUUN 2nio2noFIIN 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路93式中，和分別是網(wǎng)絡輸出端開路和短路時總的輸出式中，和分別是網(wǎng)絡輸出端開路和短路時總的輸出均方噪聲電壓和電流均方噪聲電壓和電流; ; 和分別是網(wǎng)絡輸出端開和分別是網(wǎng)絡輸出端開路和短路時理想網(wǎng)絡的輸入均方噪聲電壓和電流。這兩種計路和短路時理想網(wǎng)絡的輸入均方噪聲電壓和電流。這兩種計算噪聲系數(shù)的方法分別稱為開路電壓法和短路電流法。算噪聲系數(shù)的方法分別稱為開路電壓法和短路電流法。噪聲系數(shù)的大小與四

33、端網(wǎng)絡輸入端的匹配情況有關(guān)。輸噪聲系數(shù)的大小與四端網(wǎng)絡輸入端的匹配情況有關(guān)。輸入端的阻抗匹配情況決議于信號源內(nèi)阻與四端網(wǎng)絡輸入阻抗入端的阻抗匹配情況決議于信號源內(nèi)阻與四端網(wǎng)絡輸入阻抗之間的關(guān)系。在不同的匹配情況下，網(wǎng)絡內(nèi)部產(chǎn)生的附加噪之間的關(guān)系。在不同的匹配情況下，網(wǎng)絡內(nèi)部產(chǎn)生的附加噪聲及功率放大倍數(shù)是不同的，這當然要影響噪聲系數(shù)。至于聲及功率放大倍數(shù)是不同的，這當然要影響噪聲系數(shù)。至于如何影響將取決于電路中噪聲源的詳細情況，比如，設計低如何影響將取決于電路中噪聲源的詳細情況，比如，設計低噪聲放大器時，就應思索最正確的阻抗關(guān)系噪聲放大器時，就應思索最正確的阻抗關(guān)系( (噪聲匹配噪聲匹配) )。

34、2noU2noI2nioI2nioU 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路94(4) (4) 噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準線性電路。對于非線噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準線性電路。對于非線性電路，由于信號與噪聲、噪聲與噪聲之間的相互作用，將性電路，由于信號與噪聲、噪聲與噪聲之間的相互作用，將會使輸出端的信噪比更加惡化，因此，噪聲系數(shù)的概念就不會使輸出端的信噪比更加惡化，因此，噪聲系數(shù)的概念就不能適用。所以，我們通常講的接納機的噪聲系數(shù)，實踐上指能適用。所以，我們通常講的接納機的噪聲系數(shù)，實踐上指的是檢波器之前的線性電路，包括高頻放大、變頻和中放。的是檢波器之前的線性電路，包括高頻放大、變頻和中

35、放。變頻雖然是非線性變換，但它對信號而言，只產(chǎn)生頻率的搬變頻雖然是非線性變換，但它對信號而言，只產(chǎn)生頻率的搬移，可以以為是準線性電路。移，可以以為是準線性電路。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路95LOSiRRRR , 2iisssiRRRvP 匹配：匹配：2222 , 44,44sOsimsomsLnnimomsLvEPPRRveNNRR2.4.2 2.4.2 噪聲系數(shù)的計算噪聲系數(shù)的計算 sRsv2nv/iiSN/ooSNiRoRLR線性電路線性電路 標標準準信信號號源源 OROE2ne1.額定功率法額定功率法 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路96 輸入信噪比與輸入匹配無關(guān)輸入信噪比與

36、輸入匹配無關(guān)22222 , NsnsiiiisisisiisnivvPRRRRRRSNRPNvv sRsv2nvnisiPP /nosoPP /iRoRLRnFpmGnAP放大器放大器 標標準準信信號號源源 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路97 輸出信噪比與輸出匹配無關(guān) sRsv2nvnisiPP /nosoPP /iRoRLR放大器放大器 標標準準信信號號源源 OROE2ne22222 , NOnsoLoLOLOLSOOOnOEePRRRRRRSNRPNEe 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路98fkTRfkTRRvPRvPsssnnimsssim 444 422例例：sompmsimPP

37、例：Kn 額定功率是指信號源包括噪聲源可額定功率是指信號源包括噪聲源可以輸出的最大功率匹配。以輸出的最大功率匹配。 額定功率增益是指四端網(wǎng)絡輸入端額定功率增益是指四端網(wǎng)絡輸入端和輸出端分別匹配時的功率增益和輸出端分別匹配時的功率增益 sRsv2nvnisiPP /nosoPP /iRoRLR放大器放大器 標標準準信信號號源源 OROE2ne 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路99四端網(wǎng)絡輸入端和輸出端分別匹配時的噪聲系數(shù)四端網(wǎng)絡輸入端和輸出端分別匹配時的噪聲系數(shù)/simimomomFsomompmimpmPNNNNPNKNKkT f24 N44nsimssvkTRfkT fRRomFpmNNG

38、kT fomN為網(wǎng)絡額定輸出噪聲功率等效到網(wǎng)絡的輸入端為/moiompmNNKmoiFNNkT f 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路100n 無源網(wǎng)絡輸出端匹配時無源網(wǎng)絡輸出端匹配時1FpmNLGL：網(wǎng)絡的衰減 無源網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)等于網(wǎng)絡的衰減。產(chǎn)生網(wǎng)絡噪無源網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)等于網(wǎng)絡的衰減。產(chǎn)生網(wǎng)絡噪聲的有損元件，是導致網(wǎng)絡傳輸信號衰減的要素。聲的有損元件，是導致網(wǎng)絡傳輸信號衰減的要素。2444nOomLLekTRfNkT fRRomFpmNNKkT f無源網(wǎng)絡噪聲系數(shù)的計算無源網(wǎng)絡噪聲系數(shù)的計算 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路101 sRsv2nviRoRLR1R設設網(wǎng)網(wǎng)絡絡輸輸入入端端

39、匹匹配配 設設網(wǎng)網(wǎng)絡絡輸輸出出端端匹匹配配 ssovRRRE11 oosomREP42 sssimRvP42 ssoRRRRR 112121somsopmsimossPR ERKPRvRR11sFRNR 1FpmNK 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路1022.級聯(lián)四端網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)級聯(lián)四端網(wǎng)絡的噪聲系數(shù) sRsv網(wǎng)絡網(wǎng)絡1 網(wǎng)絡網(wǎng)絡2 2 11,pmFKN22,pmFKN1aN2aNomN2112ompmpmaaNKKkTfNNfkT11pmaKkT fN oPniaNK PN 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路103 2211111111FFFFFpmpmNNNNNKK1aFPniNNK

40、P111(1)aFpmNNKkTf2112ompmpmaaNKKkTfNNomFpmNNKkT f12pmpmpmKKK222(1)aFpmNNKkTf 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路104n級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)，主要由網(wǎng)絡前級的噪聲級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)，主要由網(wǎng)絡前級的噪聲系數(shù)確定。前級的噪聲系數(shù)越小，功率增益越系數(shù)確定。前級的噪聲系數(shù)越小，功率增益越高，那么級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)就越小。高，那么級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)就越小FFNFFFpmpmpmpmpmNNNNNKKKKKN N級級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)級級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲系數(shù) sRsv網(wǎng)絡網(wǎng)絡1 網(wǎng)絡網(wǎng)絡2 2 11,pmFKN

41、22,pmFKN1aN2aNomN 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路1053.3.噪聲系數(shù)與接納機的靈敏度噪聲系數(shù)與接納機的靈敏度/iiFooSNNSNioFioSSNNN(min)minoiFoSSN KTfNn 接納機的靈敏度：是指當接納端處于匹配時，接納機的靈敏度：是指當接納端處于匹配時，為了保證一定的輸出信噪比，接納端所要求的最為了保證一定的輸出信噪比，接納端所要求的最小有用信號功率。小有用信號功率。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路106n最小可檢測信號電壓：是與靈敏度功率相對應最小可檢測信號電壓：是與靈敏度功率相對應的、輸入端處于匹配時有用信號的電壓。的、輸入端處于匹配時有用信

42、號的電壓。(min)min2sSiVR S為信號源內(nèi)阻為信號源內(nèi)阻SR2(min)(min)4SiSVSR(min)minoiFoSSN KTfN 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路107例：例： 一個輸入電阻為一個輸入電阻為5050的接納機，噪聲系數(shù)為的接納機，噪聲系數(shù)為 6dB6dB，通頻帶為，通頻帶為1MHz1MHz。當要求輸出信噪比為。當要求輸出信噪比為1 1，接納機的最小有用信號功率和電壓各為多少？接納機的最小有用信號功率和電壓各為多少？dBNF64nF23614min1 4 1.38 10290 1 101.60 10iSW -11min10lg 1.60 10108 iSdBm

43、VVVi 79. 1 1079. 11060. 1502614min 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路1082.4.4 噪聲溫度 實踐網(wǎng)絡用一無噪聲網(wǎng)絡和一噪聲源等效。實踐網(wǎng)絡用一無噪聲網(wǎng)絡和一噪聲源等效。 設等效噪聲電壓是由信號源內(nèi)阻設等效噪聲電壓是由信號源內(nèi)阻RsRs在一假想溫在一假想溫度度TeTe下產(chǎn)生的噪聲電壓下產(chǎn)生的噪聲電壓fRKTvsee 42n 網(wǎng)絡的噪聲性能也可以用噪聲溫度來表示。n留意:網(wǎng)絡的噪聲溫度不是該網(wǎng)絡的實踐物理溫度，而是用以表征該網(wǎng)絡噪聲性能的一種假想溫度。 高高 頻頻 電電 子子 線線 路路109噪聲溫度與噪聲系數(shù)噪聲溫度與噪聲系數(shù) 網(wǎng)絡的噪聲溫度與網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)之間具有固網(wǎng)絡的噪聲溫度與網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)之間具有固定的轉(zhuǎn)換關(guān)系定的轉(zhuǎn)