高頻通信電路原理第4章

1、第四章 放大電路的噪聲 4-1 概述24-2 起伏噪聲24-3 晶體管與場效應(yīng)的噪聲34-4 信噪比和噪聲系數(shù)14-5 放大器的噪聲系數(shù)34-6 線性系統(tǒng)低噪聲設(shè)計的考慮3重點： 對元器件的噪聲、放大電路的噪聲有較全面的認識。 掌握信噪比和噪聲系數(shù)的定義和分析、應(yīng)用方法4-1 概述2噪聲（干擾）分類： 外部干擾 ： 天電干擾（宇宙射線、大氣./脈沖型干擾） 工業(yè)干擾（電火花、開關(guān)./脈沖型干擾） 無線電波（正弦型干擾） 內(nèi)部噪聲與干擾： 電源干擾 (本身、外部干擾的通路) 調(diào)制的量化噪聲 (模/數(shù)變換時產(chǎn)生) 電阻、晶體管的熱噪聲(起伏噪聲、隨機噪聲、白噪聲)起伏噪聲對信號的干擾 (圖4-1

2、p169)克服方法： 屏蔽、電路系統(tǒng)的良好設(shè)計、及元器件的性能等。4-2 起伏噪聲2 短時間內(nèi) : 為正、負值的無規(guī)則起伏電流長時間統(tǒng)計：滿足正態(tài)分布 各方向運動的概率相同,電流均值為零,但均方值(功率)不為零。因此,可通過噪聲電流、噪聲電壓或噪聲電動勢的均方值(功率)來衡量噪聲的大小。 實驗表明, 起伏噪聲的功率譜密度在0107MHz頻譜范圍內(nèi)均勻分布, 且近似為常數(shù)n0?？捎?n0來衡量起伏噪聲的大小。一、 電阻及阻抗的熱噪聲1電阻的熱噪聲 (圖4-2 p171) 噪聲電壓均方值=4KTRf 噪聲電流均方值=4KTGf 功率譜密度n0：WR（f）=4KTR式中： K 為波爾茲曼常數(shù),1.3

3、810-23J/K T 為電阻的絕對溫度 f 為電路帶寬或等效噪聲帶寬2阻抗的熱噪聲純電抗（無損耗）不會產(chǎn)生熱噪聲。二、阻抗回路的熱噪聲LRC回路的熱噪聲(圖4-3 p172)等效噪聲噪聲帶寬: Bn=f n =1.57B0.7 4-3 晶體管與場效應(yīng)的噪聲3一、晶體管噪聲1.熱噪聲 由接線電阻和rbe、rbb等產(chǎn)生，rbb較大(影響最大)。故低噪聲晶體管要求rbb較小。2.散粒（散彈）噪聲 載流子隨機地通過PN結(jié), 到達集電極的載流子數(shù)目(ic) 在平均值上下起伏, 其分布類似熱噪聲。 散粒噪聲大小ic工作 放大器的前級應(yīng)小電流工作(幾十A級)3.分配噪聲 隨著f工作,射級注入基區(qū)的少數(shù)載流

4、子,在基區(qū)的停留時間(渡越時間),分配噪聲, ic的變化加大。稱為有色噪聲。 分配噪聲顯著增加的頻率為： f H= (1+0)1/2 f4. 1/f 噪聲(閃爍噪聲） 低頻段：101000Hz 隨著 f工作, 1/f 噪聲。 (圖4-5 p175)二、場效應(yīng)的噪聲 1.溝道熱噪聲 與正向轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)gm成正比。2.柵極感應(yīng)噪聲 與 f工作、Cgs成正比; 與gm成反比。3.柵極散粒噪聲 結(jié)型場效應(yīng)管柵級漏電流。 MOS效應(yīng)管可忽略。4. 1/f 噪聲(閃爍噪聲） 雙極晶體管 ：101000Hz 結(jié)型場效應(yīng)管 ：1001000Hz MOS效應(yīng)管 ：1001MHz4-4 信噪比和噪聲系數(shù)1 一、信號噪

5、聲比（信噪比） 例：甲網(wǎng)絡(luò)輸出信噪比:乙網(wǎng)絡(luò)輸出信噪比: 甲網(wǎng)絡(luò)輸出信噪比優(yōu)于乙網(wǎng)絡(luò)。 因兩網(wǎng)絡(luò)的輸入信噪比可能不同，不能斷定甲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的噪聲性能一定優(yōu)于乙網(wǎng)絡(luò)。 越大越好二、噪聲系數(shù) 1噪聲系數(shù) 的基本定義 2含網(wǎng)絡(luò)功率增益Kp的Nf 表示式 Nf 大于等于1設(shè)：網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的噪聲，在輸出端等效為Pnn則：Pno=P niKp + Pnn對于理想網(wǎng)絡(luò)：Pnn = 0 ，Nf =1對于實際網(wǎng)絡(luò)：Pnn 0 ，Nf 1 (實際網(wǎng)絡(luò)中, 輸入信噪比大于輸出信噪比)三、 噪聲溫度TeTe=T(Nf -1)=290K(Nf -1) 對于理想網(wǎng)絡(luò)：Te = 0 ，Nf = 1 對于實際網(wǎng)絡(luò)：Te 0 ，

6、Nf 1例：令 T=290k (17攝氏度） Nf = 0.5dB (Nf =1.12) , Te = 35k Nf = 0.8dB (Nf =1.21) , Te = 61k Nf = 3 dB (Nf = 2 ) , Te = 290k Nf = 7 dB (Nf = 5 ) , Te = 1160k四、 多級放大器的噪聲系數(shù) 或： 一般情況，ApA的乘積很大，所以多級放大器的噪聲主要取決于系統(tǒng)的第一、二級。 五、 Nf與相關(guān)量的關(guān)系 一般情況，為了使無線接收機靈敏度較好，采用如下方法：天線饋線盡量短；天線饋電點接天線放大器。 六、 接收機的靈敏度 在規(guī)定的輸出信噪比時，接收機所需最小的

7、輸入信號電壓(功率)，定義為接收機的靈敏度。 4-5 放大器的噪聲系數(shù)3 晶體管噪聲等效電路 令：信號源內(nèi)阻RSrbb , f fT 最佳信號源內(nèi)阻RSopt最佳集電極電流Icopt 4-6 線性系統(tǒng)低噪聲設(shè)計的考慮3一、低噪聲放大器的設(shè)計考慮 1. 低噪聲、高增益的前級放大電路； 2. 低噪聲的元器件, rbb小、fT高、hfe大； 3. 正確選擇晶體管放大器的直流工作點(Icopt)； 4. 選擇合適的信號源內(nèi)阻(RSopt)； 5. 降低噪聲溫度；6. 用窄帶濾波器濾除大幅度的脈沖干擾。 二、 接收機低噪聲設(shè)計考慮1 減少接收天線的饋線長度； 2 提高天線增益。第四章 小結(jié)4-1 概述24-2 起伏噪聲2 理解起伏噪聲4-3 晶體