高頻電子電路

1、高頻電子線路任課：謝勝 TelQQ:9144867983.1 概述1、干擾（或噪聲）的概念（廣義）：是指電路中除有用信號以外的一切不需要的信號及各種電磁騷動的總稱。 2、干擾（狹義）：是指由外部來的無用信號或電磁騷動的總稱，通常又稱外部干擾。 3、噪聲（狹義）：是指由與電路或系統(tǒng)內部產生的各種無用信號或電磁騷動的總稱，通常又稱內部噪聲。 4、抑制外部干擾的主要措施包括：消除干擾源、切斷干擾傳播途徑和躲避干擾等。第3章 噪聲和干擾 在高頻電路中內部噪聲主要是電子噪聲。幾個概念： 功率譜密度：單位頻帶內噪聲的功率。 電壓譜密度：單位頻帶內噪聲電壓的均方值。 電流譜密度：單

2、位頻帶內噪聲電流的均方值。 高斯噪聲：噪聲電壓概率密度滿足正態(tài)（高斯）分布的噪聲。 白噪聲：其功率譜密度不隨頻率變化的噪聲（如電阻熱噪聲）。3.2 噪聲的來源與特性 1. 電阻熱噪聲 因熱運動而產生的起伏電壓就稱為電阻的熱噪聲圖 電阻熱噪聲等效電路噪聲電壓均方值： 2. 二極管的噪聲 正偏時，主要是直流通過pn結時產生散粒噪聲。 反偏時，如果達到反向擊穿（如穩(wěn)壓管），又分兩種情況： 齊納擊穿二極管主要是散粒噪聲，個別的有1/f噪聲(閃爍噪聲)。 雪崩擊穿二極管的噪聲較大，除有散粒噪聲，還有多態(tài)噪聲。 硅二極管工作電壓在4V以下是齊納二極管，7V以上的是雪崩二極管，4V7V之間兩種二極管都有。

3、為了低噪聲使用，最好選用低壓齊納二極管。 3. 晶體三極管的噪聲 1) 散彈（粒）噪聲：在晶體管中，每個載流子都是隨機地通過PN結，因此結電流是圍繞其平均值起伏變化的，把這種載流子隨機起伏流動產生的噪聲稱為散彈（粒）噪聲。 2) 分配噪聲： 3) 閃爍噪聲 ：4. 場效應管噪聲 比晶體管要小5 .接收天線噪聲 統(tǒng)一規(guī)定用天線的輻射電阻RA在溫度TA產生熱噪聲來表示天線的噪聲性能。 TA稱為天線的有效噪聲溫度。 1 噪聲系數的定義噪聲系數可由下式表示 設Pi為信號源的輸入信號功率，Pni為信號源內阻RS產生的噪聲功率，Po和Pno分別為信號和信號源內阻在負載上所產生的輸出功率和輸出噪聲功率。 圖

4、3.4描述放大器噪聲系數的等效圖噪聲系數定義為:3.3 噪聲系數計算方法其中nao是放大器內部噪聲額定功率。 3.3.2 信噪比與負載的關系 設信號源內阻為RS，信號源的電壓為US（有效值），當它與負載電阻RL相接時，在負載電阻RL上的信噪比計 算如下：信號源在RL上的功率 信號源內阻噪聲在RL上的功率 結論： 信號源與任何負載相接其輸入端信噪比都不變，其值為負載開路時的信號電壓平方與噪聲電壓均方值之比。 在負載兩端的信噪比額定功率, 是指信號源所能輸出的最大功率, 它是一個度量信號源容量大小的參數, 是信號源的一個屬性, 它只取決于信號源本身的參數內阻和電動勢, 與輸入電阻和負載無關, 如圖

5、1 所示。 3.3.3 用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數上圖 (a)和(b)的其額定功率分別為(1)和 (2) 額定功率增益GPm是指四端網絡的輸出額定功率Pao和輸入額定功率Pai之比, 即 顯然額定功率增益GPm不一定是網絡的實際功率增益，只有在輸出和輸入都匹配時，這兩個功率才相等。根據噪聲系數的定義，分子和分母都是同一端點上的功率比，因此將實際功率改為額定功率，并不改變噪聲系數的定義，則(3)因為Pai=kTB，Pano=GPmPani+Panm，所以 (4)式中，Pai和Pao分別為輸入和輸出的信號額定功率; Pani和Pano分別為輸入和輸出的噪聲額定功率; Panm為網絡內部

6、的最大輸出噪聲功率。也可以等效到輸入端，有 (5)式中，Pani=Panm/GPm是網絡額定輸出噪聲功率等效到輸入端的數值。如圖 2 所示的無源四端網絡，由于在輸出端匹配時，輸出的額定噪聲功率Pano也為kTB，因此，由式(3)得無源四端網絡的噪聲系數 (6)式中，L為網絡的衰減倍數。例1：現以圖3的抽頭電路為例，計算噪聲系數。 解：將信號源電導等效到回路兩端, 為p2GS, 等效到回路兩端的信號源電流為pIS, 輸出端匹配時的最大輸出功率為 輸入端信號源的最大輸出功率為 因此, 網絡的噪聲系數為：3.3.4 多級放大器噪聲系數的計算多級放大器噪聲系數計算等效圖多級放大器的總噪聲系數計算公式為

7、： 例2 下圖 是一接收機的前端電路, 高頻放大器和場效應管混頻器的噪聲系數和功率增益如圖所示。 試求前端電路的噪聲系數(設本振產生的噪聲忽略不計)。 圖 接收機前端電路的噪聲系數 解 將圖中的噪聲系數和增益化為倍數, 有因此, 根據式(3.3.8)有前端電路的噪聲系數為 3.3.5 等效噪聲溫度 噪聲溫度可定義為： 把放大器本身產生的熱噪聲折算到放大器輸入端時，使噪聲源電阻所升高的溫度，稱為等效噪聲溫度Te。 多級放大器的等效噪聲溫度為：3.3.6 晶體管放大器的噪聲系數 根據圖3.7所示的共基極放大器噪聲中求得各噪聲源在放大器輸出端所產生的噪聲電壓均方值總和，然后根據噪聲系數的定義，可得到

8、放大器的噪聲系數的計算公式共基極放大器噪聲等效電路 33.7 噪聲系數與靈敏度 噪聲系數是用來衡量部件(如放大器)和系統(tǒng)(如接收機)噪聲性能的。 根據噪聲系數的定義，噪聲性能的好壞又決定輸出信號噪聲功率比 ，同時當要求輸出一定信噪比時，它又決定輸入端必須的信號功率，也就是說決定輸入端放大（接受）微弱信號的能力。 靈敏度就是保持接收機輸出端信噪比一定時, 接收機輸入的最小信號電壓或功率(設接收機有足夠的增益)。例3：設某電視接收機，正常接收時所需最小信號噪聲功率比為20dB，電視機的帶寬為6MHz，接收機前端電路的噪聲系數為10dB，求接收機前端電路輸入信號電平（靈敏度）至少為多少？ 解：噪聲系

9、數NF=10dB=10， 輸出信噪比(S/N)o=20dB=100則 輸入信噪比(S/N)i=NF(S/N)o=1000 根據噪聲系數的定義，輸入噪聲功率為kTB故，輸入信號功率為：Si=1000kTB=23.8pW設信號源內阻為75歐姆，則所需最小信號電勢為： 提高接收機的靈敏度的途徑: 一是盡量降低接收機的噪聲系數NF，另一個是降低接收機前端設備的溫度T。 接收機的線性動態(tài)范圍DR：指接收機任何部件在都不飽和情況下的最大輸入信號功率Simax與接收機靈敏度(用功率表示)之比，有DR(dB)=Simax(dBm)+114(dBm)B(dBMHz)NF(dB)式中，NF為接收機總噪聲系數，B為

10、接收機帶寬，Simax為接收機在1 dB壓縮點時的最大輸入信號功率。用噪聲信號源的測量方法下圖是一測量系統(tǒng)的構成。噪聲信號源特測放大器輔助放大器均方電壓表3.3.8 噪聲系數的測量噪聲系數為 2. 無噪聲源的測量方法3.4 降低噪聲系數的措施 根據上面所討論的結果，有3種經常采用的減小噪聲系數的措施。選用低噪聲器件和元件正確選擇晶體管放大級的直流工作點3.選擇合適的信號源內阻3.5 工業(yè)干擾與天電干擾1. 工業(yè)干擾 工業(yè)干擾是由各種電氣裝置中發(fā)生的電流（或電壓）急劇變化所形成的電磁輻射，并作用在接收機天線上所產生的 工業(yè)干擾的強弱取決于產生干擾的電氣設備的多少、性質及分布情況。 工業(yè)干擾沿電力

11、線傳播比它在相同距離的直接輻射強度大得多。 從工業(yè)干擾的性質來看，大都屬于脈沖干擾。 為了克服工業(yè)干擾，最好在產生干擾的地方進行抑制。 2. 天電干擾 自然界的雷電現象是天電干擾的主要來源，除此以外，帶電的雨雪和灰塵的運動，以及它們對天線的沖擊都可能引起天電干擾。本 章 小 結 1. 電子設備的性能在很大程度上與干擾和噪聲有關。 在通信系統(tǒng)中，接收機的靈敏度與噪聲有關，提高接收機的靈敏度有時比增加發(fā)射機的功率可能更為有效。 因此研究各種干擾和噪聲非常必要。 2. 所謂干擾（或噪聲），就是除有用信號以外的一切不需要的信號及各種電磁騷動的總稱。 干擾（或噪聲）按其發(fā)生的地點分為由設備外部進來的外部干擾和由設備內部產生的干擾；按接收的根源分有自然干擾和人為干擾，按電特性分有脈沖型，正弦型和起伏型干擾等。 3. 干擾和噪聲是兩個同義的術語，波有本質的區(qū)別。 習慣上，將外部來的稱為干擾，內部產生稱為噪聲，本章主要討論具有起伏性質的內部噪聲。 外部也有一部分具有起伏性質的干擾一并討論。 即使