通信電子電路第1章_噪聲與干擾

1、第一章：噪聲與干擾第一章：噪聲與干擾信息與通信工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院1 1學(xué)習(xí)資料共享學(xué)習(xí)資料共享學(xué)習(xí)資料共享（百度云盤）：學(xué)習(xí)資料共享（百度云盤）：用戶名：北郵通電用戶名：北郵通電密碼：密碼：tongdiantongdian2內(nèi)容提要內(nèi)容提要由由電路內(nèi)部電路內(nèi)部產(chǎn)生的產(chǎn)生的無用信號(hào)無用信號(hào)稱稱為為內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱噪聲噪聲噪聲和干擾泛指除有用信號(hào)以外噪聲和干擾泛指除有用信號(hào)以外的其他的其他一切無用信號(hào)一切無用信號(hào)，將極大影，將極大影響電子設(shè)備的性能指標(biāo)：響電子設(shè)備的性能指標(biāo)：來自來自電路外部電路外部的的無用信號(hào)無用信號(hào)稱為稱為外外部噪聲部噪聲，通常也稱為，通常也稱為干擾干擾本章

2、主要討論自然噪聲：本章主要討論自然噪聲：噪聲的來源和特點(diǎn)噪聲的來源和特點(diǎn)噪聲的表示和計(jì)算噪聲的表示和計(jì)算干擾和噪聲都具有干擾和噪聲都具有隨機(jī)性隨機(jī)性3電阻熱噪聲的來源與特點(diǎn)電阻熱噪聲的來源與特點(diǎn)由電阻內(nèi)部的自由電子無規(guī)則的由電阻內(nèi)部的自由電子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，又稱為熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，又稱為起伏噪聲起伏噪聲：是許多是許多持續(xù)時(shí)間極短持續(xù)時(shí)間極短的脈沖電流疊的脈沖電流疊加的結(jié)果加的結(jié)果長(zhǎng)時(shí)看長(zhǎng)時(shí)看總和為零總和為零，但在每一瞬時(shí)電，但在每一瞬時(shí)電流在某一方向都有一定數(shù)值流在某一方向都有一定數(shù)值頻率范圍很寬，可認(rèn)為是頻率范圍很寬，可認(rèn)為是“白白噪聲噪聲”4電阻熱噪聲的大小電阻熱噪聲的大小( (一一) )噪

3、聲電壓的噪聲電壓的均方值均方值：2201lim( )TnnTee t dtT可看做是噪聲電壓在可看做是噪聲電壓在單位電阻單位電阻上消耗的上消耗的平均功率平均功率功率譜密度功率譜密度 ：?jiǎn)挝活l帶內(nèi)的功：?jiǎn)挝活l帶內(nèi)的功率率( )S f電阻熱噪聲電壓電阻熱噪聲電壓的功率譜密度：的功率譜密度：( )4(/)S fkTR WHz231.38 10/kJK波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù)T T為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度R R為電阻的阻值為電阻的阻值5電阻熱噪聲的大小電阻熱噪聲的大小( (二二) )( )4(/)S fkTR WHz若系統(tǒng)工作頻帶若系統(tǒng)工作頻帶( (或測(cè)量噪聲功率或測(cè)量噪聲功率時(shí)的頻帶寬度時(shí)的頻帶寬度

4、) )為為 ，則，則電阻熱噪電阻熱噪聲電壓的均方值聲電壓的均方值為：為：f24nekTR f有效值為：有效值為：24nnEekTR f實(shí)際電路中實(shí)際電路中的的電阻建模電阻建模形式：形式：24/nikT fR6電阻熱噪聲的額定噪聲功率電阻熱噪聲的額定噪聲功率易知當(dāng)噪聲源的負(fù)載易知當(dāng)噪聲源的負(fù)載與其內(nèi)阻與其內(nèi)阻匹配匹配時(shí)，噪時(shí)，噪聲源能夠?qū)崿F(xiàn)聲源能夠?qū)崿F(xiàn)最大功最大功率傳輸率傳輸LRR對(duì)于實(shí)數(shù)阻抗網(wǎng)絡(luò)來對(duì)于實(shí)數(shù)阻抗網(wǎng)絡(luò)來說，當(dāng)說，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，nPkT f該功率又被稱為噪聲源的資用功率該功率又被稱為噪聲源的資用功率(available power)(available power)：僅與僅與噪聲源本身

5、噪聲源本身有關(guān)，與負(fù)載無關(guān)，表有關(guān)，與負(fù)載無關(guān)，表示示噪聲源輸出功率的最大能力噪聲源輸出功率的最大能力與電阻本身的大小無關(guān)，僅與與電阻本身的大小無關(guān)，僅與溫度和系溫度和系統(tǒng)帶寬統(tǒng)帶寬有關(guān)有關(guān)2/ 4MSSPVR7例題例題放大器的工作帶寬為放大器的工作帶寬為2MHz2MHz，信號(hào)源，信號(hào)源電阻為電阻為 ，當(dāng)工作溫度為，當(dāng)工作溫度為 ，電，電壓增益為壓增益為 ，輸入信號(hào)有效值為，輸入信號(hào)有效值為 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( (有用信有用信號(hào)和噪聲號(hào)和噪聲) )，假定放大器所產(chǎn)生的噪，假定放大器所產(chǎn)生的噪聲及其它噪聲可以忽略聲及其它噪聲可以忽略20027 C2005 V236

6、44 1.38 10300 2 102002.57inVkTR fV 200 51200 2.570.514oinoinVA VmVVA VmV8等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬22200( )( )|( )|( )( )|( )|oinoiSfSfH fvSf dfSfH fdf若輸入信號(hào)若輸入信號(hào)為為白噪聲白噪聲：222200200|( )|( )|niiH fdfvSH fdfS HH定義線性系統(tǒng)的定義線性系統(tǒng)的等等效噪聲帶寬效噪聲帶寬為：為：2020|( )|nH fdfBWH則有：則有：22020|()|nininvSH fBWS H BW等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬與輸入噪聲無與輸入噪聲無關(guān)，

7、而由關(guān)，而由傳遞傳遞函數(shù)函數(shù)決定決定有頻響的線性有頻響的線性網(wǎng)絡(luò)使白噪聲網(wǎng)絡(luò)使白噪聲變成有色噪聲變成有色噪聲0.7(1)2nBWBW到9例題例題設(shè)下圖中的電容為設(shè)下圖中的電容為無損耗電容無損耗電容，求輸出端，求輸出端噪聲電壓的均方值噪聲電壓的均方值無噪聲無噪聲RCRC網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)為：1( )12H fjfRC故故222001( )|( )|41(2)nkTvS fH fdfkTRdffRCC等效噪聲等效噪聲帶寬為：帶寬為：202200|( )|111 (2)4nH fdfBWdfHfRCRC10電抗元件的熱噪聲？電抗元件的熱噪聲？理想電抗元件不產(chǎn)生熱噪聲理想電抗元件不產(chǎn)生熱

8、噪聲實(shí)際的電感和電容，由于存在一實(shí)際的電感和電容，由于存在一定的定的損耗電阻損耗電阻或或漏電導(dǎo)漏電導(dǎo)，而被認(rèn)，而被認(rèn)為是為是有噪元件有噪元件電感的損耗電阻一般不能忽略電感的損耗電阻一般不能忽略電容的損耗電阻通常可以忽略電容的損耗電阻通?？梢院雎?1晶體管的噪聲晶體管的噪聲( (一一) )晶體管噪聲的來源有如下四種：晶體管噪聲的來源有如下四種：熱噪聲熱噪聲晶體管三個(gè)區(qū)的晶體管三個(gè)區(qū)的體電阻體電阻和引線電阻均會(huì)和引線電阻均會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。其中產(chǎn)生熱噪聲。其中 為主要噪聲源為主要噪聲源bbr散粒噪聲散粒噪聲( (散彈噪聲散彈噪聲) )由于載流子隨機(jī)通過由于載流子隨機(jī)通過PNPN結(jié)，使得不同的結(jié)，使得不

9、同的瞬間發(fā)射極或集電極電流在平均值上下瞬間發(fā)射極或集電極電流在平均值上下作不規(guī)則的起伏變化而形成作不規(guī)則的起伏變化而形成0( )2ISfqI其其電流功率譜密度電流功率譜密度為：為：散粒噪聲也是散粒噪聲也是與頻率無關(guān)與頻率無關(guān)的的白噪聲白噪聲，但，但其大小與平均電流值其大小與平均電流值 成正比。故成正比。故在低在低噪聲放大器中，第一級(jí)的工作電流設(shè)計(jì)噪聲放大器中，第一級(jí)的工作電流設(shè)計(jì)得較小得較小0I12晶體管的噪聲晶體管的噪聲( (二二) )分配噪聲分配噪聲由于載流子在基區(qū)由于載流子在基區(qū)復(fù)合的隨機(jī)性復(fù)合的隨機(jī)性，造成，造成集電極和基極電流的集電極和基極電流的隨機(jī)波動(dòng)隨機(jī)波動(dòng)而引起的而引起的噪聲，

10、也是電流噪聲噪聲，也是電流噪聲低頻噪聲低頻噪聲包括包括閃爍噪聲閃爍噪聲( ( 噪聲噪聲) )及及爆裂噪聲爆裂噪聲，通常與晶體管表面狀態(tài)或內(nèi)部缺陷有關(guān)通常與晶體管表面狀態(tài)或內(nèi)部缺陷有關(guān)1/ f閃爍噪聲的特點(diǎn)是在低頻閃爍噪聲的特點(diǎn)是在低頻( (幾千赫以下幾千赫以下) )區(qū)域，其噪聲強(qiáng)度顯著增加，且隨頻率區(qū)域，其噪聲強(qiáng)度顯著增加，且隨頻率降低而升高，大體上與頻率成反比降低而升高，大體上與頻率成反比工作頻率越高，分配噪聲越大工作頻率越高，分配噪聲越大閃爍噪聲是低頻電子線路的主要噪聲源，閃爍噪聲是低頻電子線路的主要噪聲源，也存在于其它元器件中也存在于其它元器件中13場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲溝道熱噪聲

11、溝道熱噪聲由導(dǎo)電溝道中由導(dǎo)電溝道中多子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)多子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)而產(chǎn)生，是場(chǎng)效應(yīng)管的生，是場(chǎng)效應(yīng)管的主要噪聲源主要噪聲源柵極感應(yīng)噪聲柵極感應(yīng)噪聲產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因與雙極型晶體管大致相同與雙極型晶體管大致相同24ndmikTgf溝道熱噪聲通過柵極電容溝道熱噪聲通過柵極電容 的耦合，在的耦合，在柵極上柵極上感應(yīng)感應(yīng)而產(chǎn)生噪聲，其值隨功率頻而產(chǎn)生噪聲，其值隨功率頻率及率及 的增高而變大的增高而變大gsCgsC閃爍噪聲閃爍噪聲( ( 噪聲噪聲) )1/ f柵極散粒噪聲柵極散粒噪聲由柵極內(nèi)電荷的由柵極內(nèi)電荷的不規(guī)則起伏不規(guī)則起伏引起引起14二極管的噪聲二極管的噪聲二極管正偏狀態(tài)二極管正偏狀態(tài)正偏

12、狀態(tài)下正偏狀態(tài)下的二極管也存在的二極管也存在散彈噪聲散彈噪聲，在在低頻范圍低頻范圍內(nèi)還需要考慮其內(nèi)還需要考慮其閃爍噪聲閃爍噪聲二極管反偏狀態(tài)二極管反偏狀態(tài)由于由于反向飽和電流反向飽和電流較小，故較小，故散彈噪聲較小散彈噪聲較小反偏工作狀態(tài)下主要針對(duì)反偏工作狀態(tài)下主要針對(duì)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管齊納型穩(wěn)壓管齊納型穩(wěn)壓管主要呈現(xiàn)的是主要呈現(xiàn)的是散彈噪聲散彈噪聲，在頻率較低時(shí)也有閃爍噪聲在頻率較低時(shí)也有閃爍噪聲雪崩型穩(wěn)壓管雪崩型穩(wěn)壓管的噪聲較大，除的噪聲較大，除散彈噪散彈噪聲聲外還有由于外還有由于PNPN結(jié)內(nèi)的結(jié)內(nèi)的缺陷缺陷和和不均勻性不均勻性而造成的而造成的多態(tài)噪聲多態(tài)噪聲15天線噪聲天線噪聲( (一

13、一) )天線歐姆電阻天線歐姆電阻產(chǎn)生的噪聲，通?？珊雎援a(chǎn)生的噪聲，通?？珊雎越邮胀鈦碓肼暷芰拷邮胀鈦碓肼暷芰恐饕ń邮罩饕ń邮罩車橘|(zhì)輻射周圍介質(zhì)輻射的噪聲能量的噪聲能量和各種和各種外界環(huán)境噪聲外界環(huán)境噪聲，與其周圍的，與其周圍的介質(zhì)介質(zhì)溫度溫度、天線的指向天線的指向及及頻率頻率有關(guān)有關(guān)接收天線端口噪聲的兩個(gè)來源：接收天線端口噪聲的兩個(gè)來源：用天線的輻射電阻用天線的輻射電阻 在溫度在溫度 產(chǎn)生的產(chǎn)生的熱熱噪聲噪聲來表示天線的噪聲性能：來表示天線的噪聲性能：ARaT24naAnekT R BWaT ：天線的等效噪聲溫度，：天線的等效噪聲溫度，不一定等于天線周圍的溫度不一定等于天線周圍的溫度

14、當(dāng)天線與接收機(jī)輸入端匹配時(shí)，額定噪當(dāng)天線與接收機(jī)輸入端匹配時(shí)，額定噪聲功率為：聲功率為：24nninimanAePPkT BWR16天線噪聲天線噪聲( (二二) )天線的環(huán)境噪聲天線的環(huán)境噪聲是指是指大氣電離層的大氣電離層的衰落衰落和和天氣的變化天氣的變化等因素引起的等因素引起的自自然噪聲然噪聲，以及來自太陽、銀河系和，以及來自太陽、銀河系和月球的月球的無線電輻射無線電輻射產(chǎn)生的產(chǎn)生的宇宙噪聲宇宙噪聲。環(huán)境噪聲是環(huán)境噪聲是不穩(wěn)定不穩(wěn)定的，在空間的分的，在空間的分布也是布也是不均勻不均勻的。例如，自然噪聲的。例如，自然噪聲隨季節(jié)、晝夜時(shí)間以及頻率的變化隨季節(jié)、晝夜時(shí)間以及頻率的變化都將發(fā)生變化；

15、通常，都將發(fā)生變化；通常，銀河系的輻銀河系的輻射射較強(qiáng)，其主要影響在較強(qiáng)，其主要影響在米波段以下米波段以下，長(zhǎng)期觀測(cè)表明，這種影響是穩(wěn)定的；長(zhǎng)期觀測(cè)表明，這種影響是穩(wěn)定的；太陽的影響最大又極不穩(wěn)定，它與太陽的影響最大又極不穩(wěn)定，它與太陽的黑子變化等有關(guān)太陽的黑子變化等有關(guān)17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)算若各噪聲源是若各噪聲源是互不相關(guān)互不相關(guān)的，即各噪的，即各噪聲源中任一噪聲源在某特定時(shí)間上的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噪聲電壓的瞬時(shí)值與另一噪聲源在該時(shí)間上的數(shù)值時(shí)間上的數(shù)值大小無關(guān)大小無關(guān)，則總輸出噪，則總輸出噪聲功率等于各自輸

16、出功率之和聲功率等于各自輸出功率之和222212nnnnkeeee否則需要考慮噪聲源之間的相關(guān)系否則需要考慮噪聲源之間的相關(guān)系數(shù)數(shù)18信噪比的定義信噪比的定義從從噪聲對(duì)信號(hào)影響的效果噪聲對(duì)信號(hào)影響的效果來看，不來看，不在于噪聲電平的在于噪聲電平的絕對(duì)值絕對(duì)值的大小，而在的大小，而在于于信號(hào)功率信號(hào)功率與與噪聲功率噪聲功率的的相對(duì)值相對(duì)值所以在電路的某一點(diǎn)所以在電路的某一點(diǎn)上，常用上，常用信號(hào)功率與噪信號(hào)功率與噪聲功率的比值聲功率的比值( (即信噪即信噪比比 ) )來表示來表示噪聲對(duì)有噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響用信號(hào)的影響/S N信噪比不能表示從輸入到輸出電路信噪比不能表示從輸入到輸出電路在信號(hào)中注入

17、了多少噪聲在信號(hào)中注入了多少噪聲19噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義即網(wǎng)絡(luò)即網(wǎng)絡(luò)輸入端的信噪比輸入端的信噪比和和輸出端信噪比輸出端信噪比的比值的比值/sinisonoPPFPP10lg()NFF dB/sininononosononisosinipnioPPPPPFPPPPPPAPpA：電路對(duì)信號(hào)的：電路對(duì)信號(hào)的功率增益功率增益nioP：輸入噪聲經(jīng)過電路后，在電路輸出：輸入噪聲經(jīng)過電路后，在電路輸出端產(chǎn)生的噪聲功率端產(chǎn)生的噪聲功率nonaopninaonioPPAPPPnaoP ：電路內(nèi)部噪聲在：電路內(nèi)部噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功輸出端產(chǎn)生的噪聲功率率11naonionaonaonioniopniP

18、PPPFPPAP 20噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義( (例例) )設(shè)某放大器的功率增益設(shè)某放大器的功率增益 ，其固有噪聲功率其固有噪聲功率 。分別計(jì)算。分別計(jì)算 和和 時(shí)的噪聲系數(shù)之時(shí)的噪聲系數(shù)之值值10lg20pAdB10naoPW1niPW10niPW解：解：10111.1100 1naopniPFA P (1)niif PW100pA (10)niif PW10111.01100 10naopniPFA P 故為使噪聲系數(shù)有一個(gè)確切的定義，故為使噪聲系數(shù)有一個(gè)確切的定義，輸入噪聲功率一般規(guī)定為輸入噪聲功率一般規(guī)定為信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的產(chǎn)生的熱噪聲功率熱噪聲功率21噪聲系數(shù)示例噪聲系

19、數(shù)示例NFNF頻率特性曲頻率特性曲線線噪聲系數(shù)等值線圖。噪聲系數(shù)等值線圖。可見可見噪聲系數(shù)還和放噪聲系數(shù)還和放大器的工作條件有關(guān)大器的工作條件有關(guān)22級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)32111212(1)111npppppp nFFFFFAAAAAA影響級(jí)聯(lián)放大器噪聲性能的主要因素是影響級(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)及其功率增益第一級(jí)的噪聲系數(shù)及其功率增益23級(jí)聯(lián)電路噪聲系數(shù)公式的證明？級(jí)聯(lián)電路噪聲系數(shù)公式的證明？噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (一一) )按定義計(jì)算按定義計(jì)算/sininononosononisosinipnioPPPPPFPPPPPPAP11na

20、onionaonaonioniopniPPPPFPPAP 信噪比與負(fù)載的關(guān)系信噪比與負(fù)載的關(guān)系2202220()sLsLsosononnLsLVRRRPVSNPeeRRR即信號(hào)源加上負(fù)載后的即信號(hào)源加上負(fù)載后的信噪比與負(fù)載大小無關(guān)信噪比與負(fù)載大小無關(guān)24噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (二二) )額定功率法額定功率法由由信噪比與負(fù)載的關(guān)系信噪比與負(fù)載的關(guān)系可知，可知，可用額定功率表示實(shí)際功率可用額定功率表示實(shí)際功率/sinisonoPPFPP所謂額定功率是指網(wǎng)絡(luò)的輸入、所謂額定功率是指網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出端都達(dá)到阻抗匹配，輸入輸出端都達(dá)到阻抗匹配，輸入和輸出功率達(dá)到最大和輸出功率達(dá)到最大/

21、1/simnimnomnaomsomnompmnimpmnimPPPPFPPAPAP 式中各參數(shù)均為式中各參數(shù)均為匹配條件匹配條件下的下的取值取值25噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (例例一一) )額定功率法額定功率法0001simssomssPRRRFPRR 輸出端的等效戴維南輸出端的等效戴維南電路參數(shù)為：電路參數(shù)為：0,ssosVV RRR20220444()ssimssssomosVPRVVPRRRnimnomPPkT f26噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (三三) )開路電壓法和短路電流法開路電壓法和短路電流法噪聲系數(shù)也可表示成輸出端開噪聲系數(shù)也可表示成輸出端開路時(shí)的兩

22、均方電壓之比或輸出路時(shí)的兩均方電壓之比或輸出端短路時(shí)的兩均方電流之比端短路時(shí)的兩均方電流之比/sinisonoPPFPP2222nononionioviFFvi或22,nonovi：分別為網(wǎng)絡(luò)輸出端：分別為網(wǎng)絡(luò)輸出端開開路路和和短路短路時(shí)時(shí)總的總的輸出噪聲均輸出噪聲均方方電壓電壓和均方和均方電流電流22,nioniovi：分別為網(wǎng)絡(luò)輸出端：分別為網(wǎng)絡(luò)輸出端開開路路和和短路短路時(shí)時(shí)理想網(wǎng)絡(luò)理想網(wǎng)絡(luò)的輸出的輸出噪聲均方噪聲均方電壓電壓和均方和均方電流電流/sininononosononisosinipnioPPPPPFPPPPPPAP27噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (例例二二) )開路

23、電壓法開路電壓法204()nosvkT f RR22044naoniosvkT fRvkT fR2222011nonaosnioniovvRFRvv 短路電流法短路電流法204noskT fiRR22020204()4()naossnioskTR fiRRkTRfiRR2222011nonaosnionioiiRFRii 28噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (四四) )無源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)無源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)/sinisonoPPFPP使用額定功率法：使用額定功率法：/simnimnomsomnompmnimPPPFPPAP對(duì)于輸入、輸出端均匹配的無源有耗網(wǎng)對(duì)于輸入、輸出端均匹配的

24、無源有耗網(wǎng)絡(luò)，其絡(luò)，其nomnimPPkT f1nompmnimpmPFLAPA29級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù)( (例例) )totalAtotalNF圖中，圖中，A A為衰減器（無源有耗網(wǎng)絡(luò)），為衰減器（無源有耗網(wǎng)絡(luò)），B B為為放大器，假定放大器，假定A A、B B均處于匹配狀態(tài)，試計(jì)均處于匹配狀態(tài)，試計(jì)算該級(jí)聯(lián)電路的增益算該級(jí)聯(lián)電路的增益 及噪聲系數(shù)及噪聲系數(shù) 30噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (五五) )噪聲系數(shù)與噪聲系數(shù)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲大小有關(guān)大小有關(guān)噪聲系數(shù)與以下因素有關(guān)：噪聲系數(shù)與以下因素有關(guān)：噪聲系數(shù)與噪聲系數(shù)與輸入噪聲的大小輸入噪聲的大小或者說或

25、者說與與信號(hào)源噪聲溫度信號(hào)源噪聲溫度有關(guān)有關(guān)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)時(shí)，規(guī)定信測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)時(shí)，規(guī)定信號(hào)源內(nèi)阻取標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，即：號(hào)源內(nèi)阻取標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，即：0290TK網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)還與網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)還與信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)，有關(guān)，因此存在因此存在使網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)最小的最使網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)最小的最佳源阻抗佳源阻抗31噪聲系數(shù)的計(jì)算方法噪聲系數(shù)的計(jì)算方法( (六六) )在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，無論是電壓與電流轉(zhuǎn)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，無論是電壓與電流轉(zhuǎn)換，還是分壓系數(shù)與分流系數(shù)，都要換，還是分壓系數(shù)與分流系數(shù)，都要是是平方關(guān)系平方關(guān)系一般情況下：一般情況下：分析分析串聯(lián)形式串聯(lián)形式的電路用的電路用開路電壓法開路電壓法較簡(jiǎn)

26、單較簡(jiǎn)單分析分析并聯(lián)形式并聯(lián)形式的電路用的電路用短路電流法短路電流法較方便較方便當(dāng)電路較復(fù)雜時(shí)，用當(dāng)電路較復(fù)雜時(shí)，用額定功率法額定功率法較較為簡(jiǎn)便，但需注意為簡(jiǎn)便，但需注意額定功率法只適額定功率法只適用于無源網(wǎng)絡(luò)用于無源網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)的概念僅適用于噪聲系數(shù)的概念僅適用于線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)32等效噪聲溫度等效噪聲溫度( (一一) )將將有噪聲線性網(wǎng)絡(luò)有噪聲線性網(wǎng)絡(luò)的的內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲折算到折算到電路電路輸入端輸入端，此內(nèi)部噪聲可以用，此內(nèi)部噪聲可以用提高提高信號(hào)源內(nèi)阻上的溫度信號(hào)源內(nèi)阻上的溫度來等效，即將其來等效，即將其視為信號(hào)源內(nèi)阻視為信號(hào)源內(nèi)阻 處于溫度處于溫度 時(shí)產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生的噪聲，而將原網(wǎng)絡(luò)看

27、做的噪聲，而將原網(wǎng)絡(luò)看做理想無噪聲理想無噪聲網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)，這個(gè) 就稱為等效噪聲溫度就稱為等效噪聲溫度0sReTeT(1)1/eoeoTFTFTT 推導(dǎo)可得：推導(dǎo)可得：多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度公式請(qǐng)自行噪聲溫度公式請(qǐng)自行查看課本查看課本33等效噪聲溫度等效噪聲溫度( (二二) )當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)與前端匹配系統(tǒng)與前端匹配時(shí)，可將等效噪聲時(shí)，可將等效噪聲溫度與信號(hào)源內(nèi)阻的噪聲溫度溫度與信號(hào)源內(nèi)阻的噪聲溫度疊加疊加，從而實(shí)際處理時(shí)比較方便，此時(shí)有：從而實(shí)際處理時(shí)比較方便，此時(shí)有：()ninimaePPk TTf其中其中 為信號(hào)源噪聲的等效噪聲溫度為信號(hào)源噪聲的等效噪聲溫度aT等效噪聲溫度

28、比較適合等效噪聲溫度比較適合描述噪聲系數(shù)描述噪聲系數(shù)接近接近1 1的部件的部件，原因在于其提供了比，原因在于其提供了比較高的分辨率較高的分辨率34放大器的通用噪聲等效電路放大器的通用噪聲等效電路( (一一) )假定所有噪聲具有假定所有噪聲具有相同的頻譜相同的頻譜，且，且無無相關(guān)性相關(guān)性各參數(shù)的含義說明：各參數(shù)的含義說明：2220, ,ssnniRe e iZ A在輸入端短路和開路情況下，分別測(cè)在輸入端短路和開路情況下，分別測(cè)量量輸出端的噪聲均方根值輸出端的噪聲均方根值，便可通過，便可通過折算求出噪聲系數(shù)折算求出噪聲系數(shù)推導(dǎo)可得：推導(dǎo)可得：2220014nnssei RFkTRf 35放大器的通

29、用噪聲等效電路放大器的通用噪聲等效電路( (二二) )2220014nnssei RFkTRf 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，202nssoptneRRi22min212nnneiFkT fe 當(dāng)當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻為使為使噪聲系數(shù)最小噪聲系數(shù)最小的最的最佳信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，電路本身產(chǎn)生的噪佳信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，電路本身產(chǎn)生的噪聲功率相對(duì)于信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲聲功率相對(duì)于信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲功率，其影響達(dá)到最小，但是并不說功率，其影響達(dá)到最小，但是并不說明輸出端的信噪比一定最大明輸出端的信噪比一定最大36噪聲系數(shù)與靈敏度噪聲系數(shù)與靈敏度( (一一) )當(dāng)要求一定的輸出信噪比時(shí)，當(dāng)要求一定的輸出信噪比時(shí)，噪聲性噪聲性能

30、能決定了決定了輸入端必需的信號(hào)功率輸入端必需的信號(hào)功率靈敏度就是在給定接收機(jī)要求的輸出靈敏度就是在給定接收機(jī)要求的輸出端信噪比的條件下，接收機(jī)所能檢測(cè)端信噪比的條件下，接收機(jī)所能檢測(cè)的的最低輸入信號(hào)電平最低輸入信號(hào)電平：min0min()(1)()saoPk BW TFTSNRmin0min()(1)(/)10lg()()saoPdBmk TFTdBm HzBWSNRdBaT ：接收機(jī)：接收機(jī)天線的等效噪聲溫度天線的等效噪聲溫度F ：接收機(jī)的：接收機(jī)的噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)0T ：標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，即，即290K290K ：接收機(jī)：接收機(jī)帶寬帶寬B W ：接收機(jī)所要求的：接收機(jī)所要求的輸出信

31、噪比輸出信噪比m in()oSN R37噪聲系數(shù)與靈敏度噪聲系數(shù)與靈敏度( (二二) )當(dāng)當(dāng) 時(shí)，靈敏度為：時(shí)，靈敏度為：0290aTTKmin0min()(1)(/)10lg()()saoPdBmk TFTdBm HzBWSNRdBminmin()174()() 10lg()()soPdBmdBmNF dBBWSNRdB 例：設(shè)接收機(jī)帶寬為例：設(shè)接收機(jī)帶寬為1MHz1MHz，噪聲系數(shù)，噪聲系數(shù)為為20dB20dB，若希望輸出信噪比為，若希望輸出信噪比為10dB10dB，則靈敏度為：則靈敏度為：6min9( 17420 10lg1010)843.98 10sPdBmdBmmW 38例例如圖所示

32、放大器及輸入信號(hào)，設(shè)放大如圖所示放大器及輸入信號(hào)，設(shè)放大器的帶寬器的帶寬BWBW=300kHZ =300kHZ ，試求：，試求：輸入信噪比輸入信噪比輸出信號(hào)功率輸出信號(hào)功率輸出噪聲功率輸出噪聲功率輸出信噪比輸出信噪比/siniPPsoPnoP/sonoPP輸入信噪比：輸入信噪比：/20isiniSNRPPdB輸出信號(hào)功率：輸出信號(hào)功率：952075sosipmPPAdBmdBdBm 39例例如圖所示放大器及輸入信號(hào)，設(shè)放大如圖所示放大器及輸入信號(hào)，設(shè)放大器的帶寬器的帶寬BWBW=300kHZ =300kHZ ，試求：，試求：輸入信噪比輸入信噪比輸出信號(hào)功率輸出信號(hào)功率輸出噪聲功率輸出噪聲功率輸出信噪比輸出信噪比/siniPPsoPnoP/sonoPP3NFdB2F 00(1)eTFTT放大器內(nèi)部噪聲等效到輸入端的功率放大器內(nèi)部噪聲等效到輸入端的功率為：為：121.2 10ekT BWmW121153.16 10nimPdBmmW 10()4.36 1093.6nonimePG PkT BWmWdBm 40例例如圖所示放大器及輸入信號(hào)，設(shè)放大如圖所示放大器及輸入信號(hào)，設(shè)放大器的帶寬器的帶寬BWBW=300kHZ =300kHZ ，試求：，