第三章 噪聲與干擾

1、一、噪聲的定義：噪聲是指對(duì)有用的信息信號(hào)產(chǎn)生干擾的設(shè)備內(nèi)部和外部干擾信號(hào)。 二、噪聲的影響：對(duì)聲音造成失真和噪音對(duì)畫(huà)面造成失真或“雪花”對(duì)數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生邏輯差錯(cuò)1）按發(fā)生的地點(diǎn)分：外部干擾外部干擾：天電干擾、宇宙射線干擾、工業(yè)干擾內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾: 設(shè)備之器件的熱噪聲2）按產(chǎn)生的根源分：自然干擾人為干擾3）按電特性分：脈沖型干擾正弦型干擾起伏型干擾 3.2.1 電阻的熱噪聲一、電阻熱噪聲產(chǎn)生的原因：電阻的熱噪聲是電阻導(dǎo)體的熱騷動(dòng)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的起伏噪聲電流的現(xiàn)象。二、電阻熱噪聲的特點(diǎn)及計(jì)算1、特點(diǎn)：1）電阻噪聲是起伏噪聲。2）起伏噪聲電流是大量脈沖寬度約10-13s的微弱脈沖電流的迭加而成。

2、另窄脈沖極性、大小和出現(xiàn)時(shí)間是隨機(jī)的。 1）起伏噪聲的功率密度）起伏噪聲的功率密度:Sv = 4kTR其中k=1.3810-23J/KT=273+t () (K)T定，R Sv R定， T Sv 2）B頻帶內(nèi)噪聲電壓和電流值頻帶內(nèi)噪聲電壓和電流值:例例3.2.1:P69 kTRBBSuvn42BRkTBSivn142一個(gè)實(shí)際電阻可以等效為:一個(gè)(無(wú)噪聲)電阻與一個(gè)恒壓源串聯(lián)，或等效為一個(gè)(無(wú)噪聲)電導(dǎo)與恒流源并聯(lián)。R1、R2串聯(lián)的噪聲等效電路:R1、R2并聯(lián)的噪聲等效電路:例3.2.2: P69幾點(diǎn)說(shuō)明：1、對(duì)處于相同溫度、相同帶寬的電阻所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，不論串聯(lián)還是并聯(lián)，總的均方值噪聲電壓等于網(wǎng)

3、絡(luò)總電阻所產(chǎn)生的均方值噪聲電壓。2、如果網(wǎng)絡(luò)中的電阻處于不同溫度或是受不同帶寬限制，只能按均方疊加法則即功率相加原理進(jìn)行計(jì)算。3、純電抗元件既不消耗功率也不產(chǎn)生熱噪聲，但實(shí)際的電抗元件一般都含有電阻分量，故也與普通電阻一樣產(chǎn)生熱噪聲。因此，LC諧振回路兩端產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值也可按公式計(jì)算，式中的R應(yīng)為諧振電阻。工作狀態(tài)：正偏：散粒噪聲反偏：擊穿前：散粒噪聲（很?。舸┖螅糊R納擊穿：散粒噪聲、閃爍噪聲 雪崩擊穿：散粒噪聲、多態(tài)噪聲體電阻re 產(chǎn)生的熱噪聲：散彈噪聲 ：BkTruen42BqIion22 其中，電子電荷量 q=1.5910-19C, I0是PN結(jié)平均電流1、熱噪聲：基極電阻產(chǎn)生

4、的2、散彈噪聲：流過(guò)PN結(jié)的電流3、分配噪聲：4、閃爍噪聲:(1/噪聲): 噪聲主要在低頻又稱(chēng)低頻噪聲 BkTrubbbn24BqIioen22BqIiCQcn)1(2022)(2BffIkinmBonf2nfif1、熱噪聲2、散彈噪聲3、感應(yīng)噪聲4、閃爍噪聲內(nèi)部噪聲：電阻熱噪聲外來(lái)噪聲：周?chē)橘|(zhì)輻射 宇宙輻射因此，天線噪聲是與周?chē)慕橘|(zhì)溫度、天線的指向及工作頻率有關(guān)的。工程上：統(tǒng)一規(guī)定用天線的輻射電阻輻射電阻RA在天線的有效有效噪聲溫度噪聲溫度TA產(chǎn)生的熱噪聲來(lái)表示天線的噪聲性能。在熱平衡狀態(tài)下，天線熱噪聲電壓均方值為：nAAnBRkTu22描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖：信噪比:(SNR) S

5、ignal-to Noise Ratio注意：同一個(gè)端口中同一個(gè)端口中以dB表示:意義 : S/N越大，信號(hào)被噪聲惡化的程度越小，信噪比最低允許值取決于應(yīng)用技術(shù)。NSPPSNRNSPPdBSNRlog10)(AM : PSi/PNi10dBPSi=10PNiFM :12dB PSi=15.8PNiTV :40dB PSi=104PNi一、噪聲系數(shù)的定義及其物理意義1、定義: 噪聲系數(shù)是指線性四端網(wǎng)絡(luò)的輸入信噪功率比與其輸出端信噪功率之比值。以dB表示 ：nosonisiFPPPPN輸出信噪比輸入信噪比)(log10log10)(dBPPPPNdBNnosonisiFF2、物理意義: 噪聲系數(shù)N

6、F的大小被用來(lái)衡量線性網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響程度 根據(jù)不同的情況，NF的其它表示方式: 1）已知輸入噪聲和測(cè)得總和噪聲情況；nAononinopninososinosonisiFPPPPAPPPPPPPPN1聲功率外噪在輸出端呈現(xiàn)的噪輸出端總噪聲功率PPNnAonoF2）實(shí)際網(wǎng)絡(luò)和理想網(wǎng)絡(luò)噪聲功率比:NF =1：理想網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)nAonBonAonBonAonAonoFPPPPPPPN1當(dāng)信號(hào)源與負(fù)載電阻相接時(shí)，在負(fù)載兩端的信噪比為：結(jié)論：信號(hào)源與任何負(fù)載相接并不影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為何值，其信噪比都不變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值之比。22nsn

7、ooOuUPPNS1、額定功率： 內(nèi)阻為RA的電壓源 內(nèi)阻為RA的電流源 信號(hào)源輸入噪聲額定功率 AsefSRUP42AsefSRIP241BTkPn結(jié)論: 無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的噪聲額定功率只與其溫度T及通頻帶B有關(guān)，而與其負(fù)載阻抗及網(wǎng)絡(luò)本身阻抗都無(wú)關(guān)。 2、額定功率增益定義：指線性四端網(wǎng)絡(luò)的額定輸出功率與額定輸入功率之比。3、用額定功率和額定功率增益表示噪聲系數(shù)sisopaPPA主要討論: 級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)與各級(jí)噪聲系數(shù)的關(guān)系，明確這一關(guān)系的實(shí)際意義在于找出降低多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)的方向和措施。 推導(dǎo)得：推廣得通式：121121paFFFANNNpanpapaFnpapaFpaFF

8、FnAAANAANANNN.1.11212131211、要使級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)小，就得要各級(jí)NF小、增益Apa大。2、前級(jí)對(duì)總噪聲的影響最大，越后級(jí)影響越小。Te等效輸入噪聲溫度衡量線性四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲性能的另一個(gè)參數(shù)。1、定義：2、噪聲系數(shù)和等效噪聲溫度的換算Te = ( NF 1 ) To oeopaepanAonBoFTTBkTABkTAPPN111Te值越大，表征四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲性能越差。理想網(wǎng)絡(luò) Te = 0NF和Te均為表征線性四端網(wǎng)絡(luò)噪聲性能的指標(biāo)，但Te適用于作表示低噪聲系統(tǒng)的噪聲性能。結(jié)論：在低頻工作時(shí)，選用共發(fā)射極電路作為輸入級(jí)比較有利在高頻工作時(shí)，選用共基極電路作為輸入級(jí)比較有利

9、定義: 接收機(jī)輸出信號(hào)噪聲功率比為正常值(規(guī)定值)時(shí)天線上需要加入信號(hào)的電動(dòng)勢(shì)的最小有效值Usefmin或這個(gè)信號(hào)的額定功率Psmin。意義: 靈敏度表征接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。在正常接收情況下，天線需加入的信號(hào)電平越小，證明該接收機(jī)的靈敏度越高。最小可辨信號(hào)功率: Psmin= kToBNFD最小可辨信號(hào)電壓: 臨界靈敏度: D=1時(shí)的靈敏度 Psmin= kToBNFAFosefDRBNkTU4minAFosefRBNkTU4min用dB/mW表示接收機(jī)的靈敏度及其計(jì)算方法:Psmin (dB/mW) = 10log k + 10log To + 10log B + 10 log NF + 10log103 = -174dB + 10log NF + 10log B 若B以MHz計(jì): Psmin (dB/mW) = -114dB + NFdB + 10log B 3minmin10log10)/(ssPmWdBP1、選用低噪聲器件和元件2、正確選擇晶體管放大級(jí)的直流工作點(diǎn)3、選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻4、選擇合適的工作帶寬5、選用合適的放大電路6、降低噪聲溫度以減小熱噪聲