第二講放大器的噪聲源及噪聲特性

微弱信號檢測技術(shù)第二講放大器的噪聲源及噪聲特性目前一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.1電子系統(tǒng)內(nèi)部的固有噪聲源熱噪聲低頻噪聲(1/f)噪聲散彈噪聲g-r噪聲目前二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點半導(dǎo)體器件噪聲分類目前三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點噪聲功率譜密度的頻譜特性目前四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.1.1熱噪聲及其表示1、熱噪聲概念熱噪聲是由導(dǎo)體中電荷載流子(自由電子)的隨機熱運動產(chǎn)生的,即電子不規(guī)則的熱運動產(chǎn)生熱噪聲。一個電阻R上的熱噪聲均方值表示為熱噪聲譜密度（V2/Hz)目前五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點用量子理論表示熱噪聲功率譜密度函數(shù)：電阻開路兩端呈現(xiàn)的熱噪聲電壓有效值為：目前六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2、電阻的熱噪聲等效實際的電阻可以等效為熱噪聲電壓源Et與無噪聲的理想電阻R的串連。也可等效為熱噪聲電流源It與無噪聲的理想電阻R的并連。目前七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點熱噪聲圖目前八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點3、串/并聯(lián)電阻的熱噪聲①兩電阻串連因為兩電阻的噪聲是相互獨立的，溫度相同的兩個電阻串聯(lián)后的總等效噪聲功率等于兩電阻的等效噪聲功率之和。目前九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②兩電阻并聯(lián)溫度相同的兩個電阻并聯(lián)后的總等效噪聲功率等于兩電阻并聯(lián)后等效阻值產(chǎn)生的的等效噪聲功率。目前十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點4、阻容并聯(lián)的熱噪聲電阻并聯(lián)一個電容（或是分布電容），其特性相當(dāng)?shù)屯V波器，輸出噪聲的帶寬是有限的。電路的頻率響應(yīng)函數(shù)為：目前十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點輸出噪聲的功率譜密度函數(shù)為：輸出的噪聲功率為：有效值為：目前十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點

這就是一白噪聲源通過一低通濾波器的輸出：電路的輸出噪聲功率和有效值與電阻的阻值無關(guān)，而只取決于并聯(lián)在電阻兩端的電容C和絕對溫度T。對一確定的電容C，輸出功率譜密度函數(shù)與電阻的關(guān)系如下圖所示，但總的輸出噪聲功率不變。R1>R2>R3目前十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.1.21/f噪聲及其表示

普遍存在于電子器件中，是由兩種導(dǎo)體的接觸點電導(dǎo)的隨機漲落引起的。廣義上來說，凡是噪聲功率譜密度與頻率成反比的隨機漲落均可稱為1/f噪聲。在電子管中稱為閃爍噪聲，在電阻中稱為過量噪聲，在半導(dǎo)體中也稱為接觸噪聲，也被稱為粉紅噪聲。

其噪聲功率譜密度表示為：目前十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點1/f噪聲圖目前十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點1/f噪聲的噪聲譜如下圖所示。在f1和f2頻率間，1/f噪聲的功率為：目前十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點在晶體管中，1/f噪聲是由于載流子在半導(dǎo)體表面能態(tài)上產(chǎn)生與復(fù)合而引起的；在電阻中，1/f噪聲是由于直流電流流過不連續(xù)介質(zhì)而引起的。所以，對于一個實際電阻來說，除了有基本的熱噪聲外，還存在低頻噪聲。1/f噪聲與頻率有關(guān)，是非白噪聲，主要影響低頻區(qū)。目前十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.1.3散粒噪聲及其表示在半導(dǎo)體器件中，當(dāng)電荷載流子擴散通過pn結(jié)或從陰極發(fā)射時，由于載流子運動速度的不一樣引起電流波動，從而產(chǎn)生散粒噪聲。即：散粒噪聲是由于器件中電流的不平滑和不連續(xù)而引起的。散粒噪聲電流的均方值表示為其譜密度可見為白噪聲。目前十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.1.4g-r噪聲及其表示（爆米花噪聲）g-r噪聲主要是由半導(dǎo)體材料或器件中的雜質(zhì)與缺陷引起的。重金屬原子污染是引起爆米花噪聲的重要原因。在雙極晶體管中，當(dāng)載流子從發(fā)射極進入基區(qū)后，其中有一部分在基區(qū)復(fù)合成基極電流，另一部分則輸送到集電極形成集電極電流。由于復(fù)合過程是隨機的，表現(xiàn)出一定的漲落，于是引起了集電極電流的波動。這個波動電流稱為分配電流噪聲。目前十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點在雙極晶體管中，爆米花噪聲以基極電流的一個階躍變化形式出現(xiàn)。因此，雙極運算放大器爆米花噪聲通常表現(xiàn)為偏置電流噪聲。由于這一原因，雙極放大器中的爆米花噪聲可能僅在高源阻抗應(yīng)用中出現(xiàn)。表示為可見為一高頻噪聲目前二十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點猝發(fā)噪聲（爆裂噪聲）的時域波形有時也稱為炒玉米噪聲目前二十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.2放大器的噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)噪聲溫度功率增益級聯(lián)放大器的噪聲系數(shù)目前二十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.2.1放大器的噪聲系數(shù)與噪聲溫度目前二十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.2.2放大器的噪聲溫度放大器自身產(chǎn)生的噪聲常用等效噪聲溫度Te來表征。噪聲溫度Te與噪聲系數(shù)NF的關(guān)系為

式中，T0為環(huán)境溫度，通常取為293K。根據(jù)公式（2-1），可以計算出常用的噪聲系數(shù)和與之對應(yīng)的噪聲溫度，如表2-1所示。目前二十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點表2-1噪聲系數(shù)和噪聲溫度關(guān)系NF(dB)0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0NF1.0231.0471.0721.0961.1221.1481.1751.2021.2301.259Te(K)6.82513.8120.9628.2735.7543.4151.2459.2667.4775.87NF(dB)1.52.02.53.03.54.04.55.06.010NF1.4131.5851.7781.9952.2392.5122.8183.1623.98110.00Te(K)120.9171.3228.1291.6362.9442.9532.8633.5873.52637目前二十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.2.3放大器的功率增益目前二十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.2.4級聯(lián)放大器的噪聲系數(shù)目前二十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點例1：將3個放大器串聯(lián)連接放大微小信號，它們的功率增益和噪聲系數(shù)如下表所示。如何連接3個放大器才能使總的噪聲系數(shù)最??？放大器功率增益/dB噪聲系數(shù)NF/dBABCKA=10KB=12KC=20FA=1.6FB=2.0FC=4.0（作練習(xí)題）目前二十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.3放大器的噪聲性能分析放大器的En-In模型放大器的噪聲特性目前二十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.3.1

放大器的En-In模型

將放大器的內(nèi)部噪聲折合到輸入端，用En-In來表示——無噪化經(jīng)過這樣處理，放大器就可以看作為無噪聲的理想放大器。目前三十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點En-In模型優(yōu)點通用性——一個放大器中包含許多元器件，它們都可能是噪聲來源。采用此模型，可不管內(nèi)部噪聲特性如何，其外特性是可描述的。不必計算內(nèi)部每個元器件的噪聲，大大簡化整個電路系統(tǒng)的噪聲計算。有實驗基礎(chǔ)——可通過實驗測出En-In的具體大小。把放大器或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的噪聲源都歸算到輸入端，并假設(shè)放大器或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身無噪聲，可比較方便地估計電路變動對信號和噪聲的影響。目前三十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.3.2放大器的噪聲特性①等效輸入噪聲的計算

利用En-In模型，一個放大器的噪聲可以簡化為三個噪聲源：En、In和Ens。進一步考慮這三個噪聲源的共同效果，等效如下：Ei目前三十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點用等效輸入噪聲Eni來代替：在中頻段：g=0，即In與En不相關(guān)，簡化為采用In與En模型，在計算Eni時，僅考慮放大器前的電路，與放大器參數(shù)無關(guān)。特別是放大器的輸入阻抗不出現(xiàn)在Eni表達式中，為噪聲測試提供了方便。目前三十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②噪聲匹配——最小噪聲系數(shù)

當(dāng)信號源電阻等于最佳源電阻時，可以獲得最小噪聲系數(shù)——噪聲匹配。寫出噪聲系數(shù)F的表達式；令，得：代入上式得到噪聲系數(shù)得最小值：可見，為獲得較小的F，Rs不能太大，也不能太小。目前三十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點將Fmin和Rs0代入F，得到：目前三十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點如果g≠0，則目前三十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點③器件的無噪化處理放大器內(nèi)部噪聲主要來自于器件和網(wǎng)絡(luò)的噪聲。采用何種器件，以何種方式組成網(wǎng)絡(luò)，都將影響放大器的噪聲性能。對于各類器件，除了En-In

模型外，還可采用其它模型。通過對其它模型的計算和簡化，可以化為En-In

模型，求出Rsopt及Fmin，從而進行低噪聲設(shè)計。目前三十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.4二極管和雙極型晶體管的噪聲特性半導(dǎo)體二極管的噪聲模型雙極型晶體管的噪聲模型雙極型晶體管的等效輸入噪聲雙極型晶體管的噪聲分布目前三十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.4.1半導(dǎo)體二極管的噪聲模型半導(dǎo)體二極管的噪聲主要包含散彈噪聲，但由于存在寄生電阻Rpar，也產(chǎn)生一些1/f噪聲和熱噪聲。其噪聲模型如右圖所示。等效電容Cd不產(chǎn)生噪聲。目前三十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點1、熱噪聲et

半導(dǎo)體二極管的熱噪聲是由寄生電阻產(chǎn)生的。其功率譜密度函數(shù)為：；其均方值為：。目前四十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2、1/f噪聲if

半導(dǎo)體的表面、擴散區(qū)域的邊緣以及本質(zhì)的缺陷灰產(chǎn)生1/f噪聲。對1/f噪聲的研究還不夠成熟。其功率譜密度函數(shù)一般采用如下的形式表示：式中b通常取1，a=1~2；KF稱為1/f噪聲系數(shù)，與二極管的物質(zhì)有關(guān)。目前四十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點3、散彈噪聲

散彈噪聲是由于電荷到達陽極復(fù)合產(chǎn)生隨機脈沖的電流。流過半導(dǎo)體二極管的電流為：其中I0exp(qV/kT)為二極管的正向擴散電流，-I0為反向飽和電流。兩種電流產(chǎn)生的噪聲是不相關(guān)的，總的噪聲均方值為：目前四十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點當(dāng)零偏置時V＝0，此時，當(dāng)反向偏置時只有反向飽和電流，此時，當(dāng)充分正向偏置時正向電流大大于反向飽和電流，可以忽略反向飽和電流的散彈噪聲，此時，目前四十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.4.2雙極型晶體管的噪聲模型

雙極型晶體管是兩個PN結(jié)組成的，它的噪聲與PN結(jié)中的載流子運動有關(guān)。在雙極型晶體管的正向工作區(qū)，進入集電極－基極耗盡區(qū)的少數(shù)載流子被加速收集到集電極，電荷到達的時間是隨機的，使IC呈現(xiàn)全散彈噪聲特性。目前四十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點在基極和基極—發(fā)射極耗盡區(qū)的電子復(fù)合以及載流子從基極注入導(dǎo)發(fā)射極產(chǎn)生基極電流IB，

IB呈現(xiàn)全散彈噪聲特性，同時電子復(fù)合過程也產(chǎn)生爆裂噪聲和閃爍噪聲。三極管的基極電阻是物理電阻，產(chǎn)生熱噪聲。集電極引腳電阻rc也產(chǎn)生熱噪聲，當(dāng)考慮到于高阻抗的集電極串聯(lián)，可以忽略rc產(chǎn)生的熱噪聲。目前四十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點

雙極型晶體管(BJT)的噪聲特性可以采用混合p型等效電路來分析。共射極晶體管p型噪聲等效電路目前四十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點各噪聲源分別是：①基區(qū)電阻rbb’產(chǎn)生的熱噪聲：eb

噪聲的均方值和功率譜密度分別為：式中rbb’為基區(qū)電阻，△f為帶寬，T為三極管的絕對溫度，k為波爾茲曼常數(shù)。目前四十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②1/f噪聲：

if

1/f噪聲可以用一噪聲電流源等效。它的功率譜密度函數(shù)為：指數(shù)

在1～2之間,KF的值在很寬的范圍變化。

1/f噪聲功率譜密度函數(shù)也可表示為：fL稱為1/f噪聲的轉(zhuǎn)折頻率，在3.7MHz～

7MHz的范圍。當(dāng)f>fL時，1/f噪聲明顯小于熱噪聲和散彈噪聲，可以被忽略。目前四十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點③散彈噪聲散彈噪聲包含基極電流IB產(chǎn)生的全散彈噪聲和集電極電流IC的全散彈噪聲。這兩種噪聲存在很弱的相關(guān)性，一般情況下可以忽略。目前四十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點④爆裂噪聲（分配噪聲）載流子在基區(qū)分配比例隨機變化所產(chǎn)生的噪聲稱為分配噪聲icp。目前五十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑤信號源電阻Rs產(chǎn)生的熱噪聲：ens2目前五十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.4.3雙極型晶體管的等效輸入噪聲將混p噪聲模型化為En-In模型目前五十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點

計算等效輸入噪聲，首先計算在輸出端總的噪聲和總增益，然后用增益除總噪聲得到等效輸入噪聲。當(dāng)輸出開路時，輸出噪聲電流為：目前五十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點共射極晶體管p型噪聲等效電路目前五十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點當(dāng)輸入信號為Vs，輸出的開路電流為：輸出增益為：等效輸入噪聲為：目前五十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點當(dāng)源電阻為零時：用源電阻Rs2除Eni2，得In2。目前五十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.5場效應(yīng)管的噪聲特性場效應(yīng)管的內(nèi)部噪聲源場效應(yīng)管的噪聲等效目前五十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.5.1場效應(yīng)管的內(nèi)部噪聲源①溝道熱噪聲id

由導(dǎo)電溝道電阻產(chǎn)生的噪聲。與一般電阻不同，溝道電阻的大小是受到柵極電壓控制。

gm場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)。g

為與場效應(yīng)管的型式、尺寸和偏置有關(guān)的系數(shù)。目前五十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②柵極散粒噪聲ig

柵極散粒噪聲是由流過柵源之間PN結(jié)的反向電流IG引起的。其功率譜密度和均方值分別為：式中IG為柵極泄漏電流。由于IG很?。?0-7～10-9A），所以噪聲ig的功率譜密度也很小，一般情況下可以忽略。目前五十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點③柵極感應(yīng)噪聲ing

溝道中的起伏噪聲通過溝道與柵極之間的電容，在柵極上感應(yīng)產(chǎn)生的噪聲。工作頻率越高，該噪聲影響越大。感應(yīng)噪聲ing的功率譜密度為：式中Gis為共源極輸入電導(dǎo)；K1是與柵源、漏源電壓有關(guān)的系數(shù)。目前六十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點④

1/f

噪聲if

與雙極型晶體管一樣，場效應(yīng)管也存在1/f噪聲，其產(chǎn)生機理和形態(tài)與雙極晶體管大致相同。其功率譜密度為：均方值為：式中ID為漏極電流。當(dāng)工作頻率高于幾百赫茲時，1/f噪聲可以忽略。目前六十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.5.2場效應(yīng)管的噪聲等效①結(jié)型場效應(yīng)管的噪聲等效電路目前六十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②噪聲電壓源En－電流源In等效目前六十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點③En等效計算將1/f

噪聲if和溝道熱噪聲id等效為輸入端的電壓噪聲源En

，有：目前六十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點④In的等效計算將ing和ig的疊加等效為In

，其均方值為：目前六十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.6運算放大器的噪聲特性等效輸入噪聲模型噪聲性能計算目前六十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.6.1運算放大器的等效輸入噪聲模型①運算放大器內(nèi)部的固有噪聲晶體管－PN結(jié)－－－散彈噪聲電阻－－－－－－－熱噪聲內(nèi)部金屬接觸－－－1/f噪聲目前六十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②等效輸入噪聲模型將運算放大器的內(nèi)部噪聲等效到連接在輸入端的噪聲電壓源en和噪聲電流源in。目前六十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點運算放大器的噪聲指標(biāo)主要由生產(chǎn)廠家根據(jù)產(chǎn)品測試結(jié)果給出，用戶根據(jù)自己的需要選擇合適的運算放大器型號。目前六十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點幾種常用運算放大器的噪聲指標(biāo)目前七十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.6.2運放放大電路的噪聲性能計算同相/反相放大電路的噪聲差分運放放大電路的噪聲目前七十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點1、同相/反相放大電路的噪聲計算

運算放大器的放大電路

分析采用運算放大器放大電路的噪聲，將電阻的噪聲加入到電路中，然后將輸入接到地。目前七十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點運算放大器噪聲的分析電路目前七十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點①分析方法a.各個噪聲源是獨立的；b.器件都假設(shè)為無噪的；c.運算放大器建設(shè)為理想的；d.總的噪聲為各個噪聲疊加。目前七十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②R1貢獻的噪聲E1目前七十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點③R2貢獻的噪聲E2目前七十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點④R3貢獻的噪聲E3目前七十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑤電阻熱噪聲總的貢獻ERrms目前七十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點將ERrms等效到輸入端EiRrms目前七十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點

選擇

R3等于R1

與

R2

的并聯(lián)值（＝R1R2

/(R1+R2

)）。上式可簡化為：目前八十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑥電壓噪聲源ep的貢獻Ep目前八十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑦電流噪聲源inp的貢獻Enp目前八十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑧電流噪聲源inn的貢獻Enn目前八十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑨運算放大器總的噪聲貢獻目前八十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑩總的噪聲ENB為等效噪聲帶寬。目前八十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2、差分運放放大電路的噪聲計算目前八十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點①R1貢獻的噪聲E1目前八十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②R2貢獻的噪聲E2目前八十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點③R3貢獻的噪聲E3目前八十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點④R4貢獻的噪聲E4目前九十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑤電阻熱噪聲總的貢獻目前九十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑥電壓噪聲源ep的貢獻Ep目前九十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑦電流噪聲源inp的貢獻Enp目前九十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑧電流噪聲源inn的貢獻Enn目前九十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑨運算放大器總的噪聲貢獻目前九十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點⑩總的噪聲目前九十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點簡化結(jié)果目前九十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.7低噪聲放大器設(shè)計有源器件的選擇偏置電路與直流工作點的選擇噪聲匹配反饋電路設(shè)計高頻低噪聲放大器設(shè)計考慮目前九十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.7.1有源器件的選擇輸入端有源器件可以選擇分立得晶體管，也可選擇雙極晶體管或場效應(yīng)管＋IC。有源器件得選擇主要取決于源阻抗和頻范圍。目前九十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點各種有源器件適應(yīng)的源電阻范圍目前一百頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.7.2偏置電路與直流工作點的選擇1、偏置電路①無噪偏置電路目前一百零一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②通過信號源偏置如果允許偏置電流流過信號源，可以采用如下的偏置電路，電容C將偏置電阻的熱噪聲和1/f噪聲旁路。目前一百零二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點③扼流圈偏置如果C足夠大，R3和R4的噪聲不會耦合導(dǎo)放大電路中。目前一百零三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點④調(diào)諧電路偏置如果C足夠大，R3和R4的噪聲不會耦合導(dǎo)放大電路中。同時通過調(diào)節(jié)線圈抽頭位置，實現(xiàn)阻抗變換目的。目前一百零四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2、直流工作點選擇在直接耦合方式的放大電路中，必須選擇合適的工作點，以使放大器的最佳源電阻Rs0等于信號源電阻Rs，獲得最小的噪聲系數(shù)Fmin。目前一百零五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點對于不同的Rs，有一個最佳的Ic，使噪聲系數(shù)最小。對于晶體管，在中頻范圍內(nèi)忽略低頻和高頻噪聲，最佳源阻抗為：式中re=kT/qIE。b0是IE的函數(shù)，故RS0也是IE的函數(shù)。調(diào)整工作點電流Ic(或IE)，可以得到噪聲匹配，噪聲系數(shù)達到最小。目前一百零六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點令b0為常數(shù)，略去rbb’項，則故最佳工作點為：RS的范圍在幾千歐至幾十千歐。RS增大，最佳集電極電流IC0就減少。目前一百零七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.7.3噪聲匹配噪聲匹配：選擇放大電路的最佳源電阻Rs0等于信號源的輸出電阻Rs，實現(xiàn)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)最小。目前一百零八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點1、調(diào)整工作點進行噪聲匹配的局限性當(dāng)放大電路設(shè)計制作完成之后，其噪聲因素NF隨源電阻和頻率f變化的關(guān)系就確定。

同樣，對每個固定的工作頻率f，也可以得到NF隨源電阻Rs和工作點電流Ic的NF等值圖。目前一百零九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點

對各種不同的Rs，都能找到一個最佳工作點和相應(yīng)的NF。但這個工作點并不是晶體管的最小噪聲系數(shù)位置。如上圖中，但Rs

＝400W，最佳工作點若為Ic＝1mA（圖中的A點），這時的最小噪聲系數(shù)為3dB；而該晶體管可以到達的最小噪聲系數(shù)在B點（NF<1dB）,最佳源電阻Rs0就不等于Rs。目前一百一十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2、變壓器噪聲匹配利用變壓器對信號源電阻Rs進行變換，使之與放大器的最佳源電阻Rs0相等，達到噪聲匹配。目前一百一十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點匹配后:目前一百一十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點例目前一百一十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點解：當(dāng)不使用變壓器匹配時的噪聲系數(shù)為：當(dāng)使用變壓器匹配時的噪聲系數(shù)為：功率信噪比改善因子為：目前一百一十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點3、有源器件并聯(lián)噪聲匹配對直接耦合方式，如果源電阻Rs很小，可以采用多個晶體管并聯(lián)工作方式來降低電路的最佳源電阻。目前一百一十五頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點并聯(lián)后的最佳源電阻和噪聲系數(shù)分別為：等效噪聲為：目前一百一十六頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點結(jié)論多管并聯(lián)方式可以降低放大器的最佳源阻抗，適合與源電阻低的信號源匹配，達到最小噪聲系數(shù)的目的。在實際應(yīng)用中，應(yīng)考慮到并聯(lián)管子的數(shù)目N是整數(shù)；同時N的值不能過大，N過大就可能失去意義。目前一百一十七頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點4、復(fù)源阻抗的噪聲匹配①并聯(lián)諧振回路方式②串聯(lián)諧振回路方式目前一百一十八頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點①并聯(lián)諧振回路方式采用并聯(lián)諧振回路，不僅可以起到噪聲的匹配，而且還可以充分濾除帶外噪聲及干擾。目前一百一十九頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點(a)信號源電導(dǎo)gs大于晶體管電導(dǎo)gs0信號源導(dǎo)納gs-jbs折合到晶體管輸入端：其中p為電感的接入系數(shù)。如果要噪聲匹配，必須：其中g(shù)0為回路損耗。為了減少g0的影響，一般希望電感L有高Q值。調(diào)節(jié)C使噪聲匹配，但此時電路是失諧的。目前一百二十頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點(b)信號源電導(dǎo)gs小于晶體管電導(dǎo)gs0目前一百二十一頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點②串聯(lián)諧振回路方式高頻信號源的源阻抗很小，需采用串聯(lián)諧振回路方式來實現(xiàn)噪聲匹配。信號源阻抗Rs

和Ls匹配電容目前一百二十二頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點阻抗為回路諧振時，有：可見，如果要噪聲匹配，就必須：既要噪聲匹配，又要諧振，比較困難。實際情況是調(diào)節(jié)C，滿足Rs’=Rs0，Xs’+X0=Xs0。目前一百二十三頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點2.7.4反饋電路設(shè)計反饋電路不會影響放大器本身的固有噪聲，但會改變放大電路的增益和帶寬，同時反饋電路本身產(chǎn)生噪聲。目前一百二十四頁\總數(shù)一百四十頁\編于十六點1、電壓并聯(lián)負反饋放大器電路的電壓放大倍數(shù)K=-R