高頻電子線路第2章高頻電路基礎(chǔ)

第2章高頻電路基礎(chǔ)

高頻電路中的元器件

高頻電路中的基本電路

電子噪聲及其特性

噪聲系數(shù)與噪聲溫度第一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/20231

一、高頻電路中的元器件

高頻電路中的元器件包括無(wú)源元件和有源器件。1、無(wú)源元件：電阻、電容和電感電阻：電阻器在高頻狀態(tài)下，除電阻特性外，還要考慮分布電感和分布電容，這就是電阻的高頻特性，它與制作電阻的材料、封裝形式與尺寸的大小有密切關(guān)系。電阻的高頻等效電路CR:分布電容；LR:分布電感實(shí)際電阻的高頻特性：金屬膜電阻好于碳膜電阻；碳膜電阻好于繞線電阻；表面貼裝(SMD)電阻好于引線電阻；小尺寸電阻好于大尺寸電阻。第二頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/20232電容：對(duì)于非理想的電容器，除了電容特性外，還要考慮它的兩極間的絕緣電阻和分布電感。高頻電容器都有一個(gè)自身諧振頻率SRF(SelfResonantFrequency)，只有工作頻率小于SRF，電容器才呈現(xiàn)正常的電容特性。

高頻特性好的電容：片狀電容和表面貼裝電容。第三頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/20233電感：一個(gè)電感器除了其電感特性和線圈損耗電阻外，在高頻電路中還要考慮其分布電容。因此高頻電感器也有其SRF，它的工作頻率應(yīng)小于這個(gè)SRF。

高頻電感與傳輸線變壓器：由小尺寸電感線圈與磁芯構(gòu)成。第四頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202341）二極管非線性變換二極管：用于調(diào)制、解調(diào)和混頻電路中，工作在低電平，結(jié)電容小、工作頻率高。舉例：點(diǎn)觸式二極管(如2AP系列)→工作頻率100~200MHz。表面勢(shì)壘二極管→工作頻率可以達(dá)到微波波段。變?nèi)荻O管：結(jié)電容隨反偏電壓變化而變化。主要用在電調(diào)諧器、電壓控制振蕩器(VCO)、調(diào)頻器等電路中。PIN二極管：由P型、N型和本征(I型)半導(dǎo)體組成。它的高頻等效電阻受正向直流電流的控制，主要用在電控的開關(guān)、限幅、衰減和移相電路中。2.高頻電路中的有源器件：半導(dǎo)體二極管、晶體管和集成電路。主要介紹有源器件在高頻狀態(tài)下的特性。第五頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202353）集成電路(IC)

用于高頻的集成電路分為通用IC和專用IC(ASIC)。通用IC：寬帶放大器、模擬乘法器。ASIC：鎖相環(huán)(PLL)、調(diào)頻解調(diào)器、單片接收機(jī)以及電視機(jī)專用集成IC等。2）晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管(FET)二者的主要用途：高頻小信號(hào)放大器、高頻功率放大器。高頻小信號(hào)放大管：要求高增益和低噪聲。高頻功率放大管：除了高頻增益要求外，還要求有較大的高頻功率輸出。晶體管：工作頻率可達(dá)幾千MHz，噪聲系數(shù)為幾個(gè)分貝，輸出功率可達(dá)上百瓦。場(chǎng)效應(yīng)管：在同樣的工作頻率下，噪聲系數(shù)要比雙極晶體管的更低。第六頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/20236高頻電路中的基本電路(無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò))有很多，本章主要介紹高頻諧振(振蕩)回路、高頻變壓器、石英晶體諧振器和集中濾波器四種無(wú)源組件。其它基本電路(平衡調(diào)制器、正交調(diào)制器、移相器、匹配器與衰減器等)在后續(xù)章節(jié)里介紹。1、高頻諧振(振蕩)回路主要功能：作為高頻放大器、振蕩器和濾波器的主要部件完成阻抗變換、信號(hào)選擇的功能，也可以直接作為負(fù)載來(lái)使用。高頻諧振回路的分類：簡(jiǎn)單諧振回路、抽頭并聯(lián)諧振回路和耦合諧振回路。

二、高頻電路中的基本電路第七頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/20237（1)簡(jiǎn)單諧振回路：只有一個(gè)回路的諧振回路稱為簡(jiǎn)單諧振回路，包括并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路兩種。

串聯(lián)諧振回路主要用在低阻抗電路(微波線路)中，而在中波、短波和超短波線路中并聯(lián)諧振回路用的比較廣。并聯(lián)諧振回路：

回路阻抗：

諧振頻率：令ZP的虛部為零，可得諧振頻率。品質(zhì)因數(shù)：第八頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/20238回路諧振阻抗：諧振時(shí)阻抗最大，近似為一純電阻。

上式的推導(dǎo)：上圖是用R0表示的等效電路第九頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/20239用廣義失諧表示回路阻抗：第十頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202310歸一化阻抗的幅頻特性(諧振特性)：品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳。3dB通頻帶(半功率通頻帶)：將阻抗幅頻特性下降為諧振值的0.707倍時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍，簡(jiǎn)稱回路帶寬。矩形系數(shù)：描述諧振曲線接近理想帶通(矩形)的程度。第十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202311諧振時(shí)電壓電流關(guān)系：I為回路電流。歸一化阻抗的相頻特性：第十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202312

例2-1設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載，信號(hào)中心頻率fs=10MHz，回路電容C=50pF。(a)計(jì)算所需的線圈電感值；(b)若線圈品質(zhì)因數(shù)(空載)為Q=100,試計(jì)算R0及B；(c)若放大器所需的帶寬(有載)B=0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻R1才能滿足放大器所需帶寬要求?解：(a)計(jì)算L值。

(b)回路空載諧振電阻R0和空載帶寬B：不考慮負(fù)載電阻R1。第十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202313(c)計(jì)算并聯(lián)的負(fù)載電阻R1(已知對(duì)應(yīng)的有載帶寬BL=0.5MHz)。考慮R1的總諧振電阻為R1∥R0，對(duì)應(yīng)回路有載品質(zhì)因數(shù)QL為回路總諧振電阻R1∥R0為所以：需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。空載與有載品質(zhì)因數(shù)：空載品質(zhì)因數(shù)對(duì)應(yīng)的諧振電阻為R0，僅有電感的損耗電阻產(chǎn)生；有載品質(zhì)因數(shù)對(duì)應(yīng)的諧振電阻為R0和R1的并聯(lián)。第十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202314串聯(lián)諧振回路第十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202315串聯(lián)回路電流：諧振時(shí)回路電流：表示為I0，取得最大值I0=U/r。

U為回路兩端信號(hào)電壓。非諧振時(shí)回路電流：諧振曲線與回路品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系：第十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202316串聯(lián)回路諧振時(shí)電壓的相位關(guān)系：

回路通頻帶與矩形系數(shù):與并聯(lián)諧振回路相同?？蛰dQ0與有載QL：若r是電感的損耗電阻，則Q為空載品質(zhì)因數(shù)；若r為回路總電阻(損耗電阻和負(fù)載電阻串聯(lián))，則Q為有載品質(zhì)因數(shù)。第十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202317串聯(lián)回路ZS的幅頻特性與ZS電抗的頻率特性：ZS的相頻特性：第十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202318(2)抽頭并聯(lián)諧振回路定義：激勵(lì)源或負(fù)載，與回路電感或回路電容部分連接的并聯(lián)諧振回路，稱為抽頭并聯(lián)諧振回路。實(shí)際電路中應(yīng)用非常廣泛。

功能：實(shí)現(xiàn)阻抗變換，使回路阻抗與信號(hào)源或負(fù)載阻抗相匹配。接入系數(shù)(抽頭系數(shù))p的定義：與外電路相連的那部分電抗與并聯(lián)諧振回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。也可以用電壓比表示：p=U/UT<1。

下面討論五種類型抽頭。(a).輸入電感抽頭，抽頭部分電感L1。諧振時(shí)等效輸入電阻：

第十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202319(b)：輸入電容抽頭(d)：輸出電感抽頭，抽頭部分電感L1。(e)：輸出電容抽頭:第二十頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202320并聯(lián)抽頭回路的阻抗轉(zhuǎn)換規(guī)則小結(jié)：（a）部分－>整體(R1->R2)：阻抗變大，(b)整體－>部分(R2->R1)：阻抗變小，(c).輸入電感抽頭(抽頭電感L1)，輸出電容抽頭。第二十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202321非諧振時(shí)的接入系數(shù)和阻抗變換：抽頭回路電流源的變換：第二十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202322

例2-2：抽頭回路由電流源激勵(lì)，忽略回路本身的固有損耗，試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。

解:由于忽略了回路本身的固有損耗，因此r=0，Q→∞。諧振角頻率為第二十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202323電阻R1的接入系數(shù)回路諧振電阻：回路電壓u(t)：諧振時(shí)u(t)與i(t)同相。輸出電壓有載品質(zhì)因數(shù)回路帶寬第二十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202324

(3).耦合諧振(雙調(diào)諧)回路簡(jiǎn)單諧振回路(包括帶抽頭的簡(jiǎn)單諧振回路)的特點(diǎn)：有一定的選頻能力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是選擇性差，矩形系數(shù)太大(9.96)，耦合諧振回路可以克服這些缺點(diǎn)。定義：將兩個(gè)互相耦合諧振回路稱為耦合諧振回路(或雙調(diào)諧回路)，其中接有信號(hào)源的回路稱為初級(jí)回路，接有負(fù)載的回路稱為次級(jí)回路或負(fù)載回路。通常有互感耦合和電容耦合兩種。主要功能：阻抗變換和改善回路頻率特性(相對(duì)于簡(jiǎn)單諧振回路)。要滿足的條件：兩個(gè)回路調(diào)諧于信號(hào)頻率；兩個(gè)回路均為高Q回路。第二十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202325

兩種常見的耦合回路：互感耦合圖(a)和圖(c)

電容耦合圖(b)和圖(d)第二十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202326我們主要討論互感耦合諧振回路。先定義兩個(gè)參數(shù):

初級(jí)回路對(duì)次級(jí)回路的影響：用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)jωMI1來(lái)描述；次級(jí)回路初級(jí)回路的反作用：用等效反映阻抗Zf來(lái)描述。Z2為次級(jí)回路的串聯(lián)阻抗。反映耦合回路頻率特性的參數(shù)：耦合回路的轉(zhuǎn)移阻抗Z21=U2/I。

所以下面的內(nèi)容重點(diǎn)分析Z21。第二十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202327初級(jí)和次級(jí)回路串聯(lián)阻抗可分別表示為耦合阻抗為假設(shè):

L1=L2=L，C1=C2=L，r1=r2=r，Q1=Q2=Q=ω0L/r，Q>>1第二十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202328初級(jí)線圈電流在次級(jí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：將I2和U的表達(dá)式帶入Z21中:計(jì)算轉(zhuǎn)移阻抗為：考慮次級(jí)的反映阻抗：第二十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202329歸一化轉(zhuǎn)移阻抗:

用歸一化轉(zhuǎn)移阻抗分析耦合回路的頻率特性:(a)A=1：臨界耦合，特性曲線為單峰，對(duì)應(yīng)的耦合系數(shù)為臨界耦合系數(shù)kc=1/Q。(b)A>1(k>kc)：過(guò)耦合，轉(zhuǎn)移阻抗的特性曲線為雙峰。(c)A<1(k<kc)：欠耦合，特性曲線帶寬較窄，最大值也較小。第三十頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202330耦合回路理想的工作狀態(tài)：臨界耦合，頻率特性為臨界耦合回路的性能參數(shù)：

(a)通頻帶：

(b)矩形系數(shù)K0.1：反映特性曲線接近理想矩形的程度。第三十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202331電容耦合諧振回路：輕度過(guò)耦合時(shí)通頻帶：通帶內(nèi)有起伏，只要凹限點(diǎn)的歸一化阻抗大于0.707即可，這時(shí)可以獲得更大的帶寬。當(dāng)歸一化阻抗等于0.707時(shí)，耦合因子和帶寬為第三十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202332理想變壓器：變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行信號(hào)傳輸，理想變壓器要求初級(jí)與次級(jí)的耦合系數(shù)為1。(1)高頻變壓器主要功能：信號(hào)傳輸和阻抗變換。高頻變壓器特點(diǎn)：與低頻變壓器相比有如下特點(diǎn)。高頻變壓器常用導(dǎo)磁率高、高頻損耗小的軟磁材料作磁芯，增加初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的耦合程度，比如錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體；高頻變壓器的尺寸要小，線圈的匝數(shù)較少，主要用在小信號(hào)場(chǎng)合。

2.高頻變壓器和傳輸線變壓器第三十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202333高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu):(a)環(huán)形磁芯;(b)罐形磁芯;(c)雙孔磁芯。高頻變壓器及其等效電路：(a)電路符號(hào);(b)等效電路第三十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202334

中心抽頭變壓器：用作功率分配器、功率合成器以及平衡---不平衡變換電路

(a)中心抽頭變壓器電路;（b）作四端口器件應(yīng)用初級(jí)為兩個(gè)等匝數(shù)的線圈串聯(lián),極性相同，設(shè)初次級(jí)匝數(shù)比n=N1/N2。假設(shè)為理想變壓器,那么線圈間的電壓和電流關(guān)系分別為第三十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202335(2)傳輸線變壓器：將繞在磁環(huán)上的傳輸線構(gòu)成的高頻變壓器。傳輸線變壓器的工作方式：(a)傳輸線方式;(b)變壓器方式第三十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202336

傳輸線變壓器的應(yīng)用舉例：第三十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202337物理特性：石英晶體是SiO2的結(jié)晶體，在自然界中以六角錐體形式出現(xiàn)。對(duì)天然的石英晶體通過(guò)人工加工形成石英諧振器。(a)外形；(b)不同切型位置

3.石英晶體諧振器

第三十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202338物理特性：石英晶體作為諧振器，是由于它的正壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)：當(dāng)晶體受外力作用而變形時(shí)，會(huì)在對(duì)應(yīng)表面產(chǎn)生正負(fù)電荷，形成感應(yīng)電壓；反壓電效應(yīng)：當(dāng)晶體兩面加上電壓，晶體會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，如果加上交流電壓，晶體會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)；機(jī)械振動(dòng)與頻率穩(wěn)定性：晶體有一個(gè)固定的機(jī)械諧振頻率。當(dāng)外加電信號(hào)的頻率與這個(gè)機(jī)械諧振頻率相等時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械共振和電諧振。石英晶體的物理特性非常穩(wěn)定。它的物理穩(wěn)定性決定了其穩(wěn)定的諧振頻率。因此石英晶體諧振器廣泛應(yīng)用在高穩(wěn)定的振蕩器、窄帶濾波器、鑒頻器中。電路符號(hào)：第三十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202339石英晶體的工作方式：可以在基頻上諧振，也可以在高次諧波(通常是奇次諧波，又稱泛音)上諧振?；l(音)諧振器：利用基頻共振的諧振器。以KHz來(lái)標(biāo)志。泛音諧振器：利用泛音共振的諧振器。以MHz來(lái)標(biāo)志。石英晶體諧振頻率：基音諧振頻率最高為25MHz，泛音諧振頻率為250MHz以上。石英晶體諧振器的外形(a)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b)：第四十頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202340

晶體諧振器的等效電路：(a)包括泛音在內(nèi)的等效電路；(b)諧振頻率附近的等效電路：第四十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202341主要參數(shù)特性(以B45型1MHz中等精度晶體為例)：

Lq=4.00H，Cq=0.0063pF

rq=100~200Ω，C0=2~3pF

Qq=ωqLq/rq≥1.25×105~2.5×105因此Cq

<<C0，fq和f0相差很小。晶體的標(biāo)稱頻率：標(biāo)在晶體外殼上的頻率是在晶體上并聯(lián)一個(gè)電容CL測(cè)得的，CL

=30pF或50pF。第四十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202342晶體的電抗特性：為了簡(jiǎn)化分析，忽略rq。當(dāng)ω<ωq或ω>ω0，晶體諧振器呈現(xiàn)容性；當(dāng)ωq<ω<ω0，晶體諧振器呈現(xiàn)感性。第四十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202343晶體諧振器的諧振頻率fq和f0非常穩(wěn)定；晶體諧振器的品質(zhì)因數(shù)非常高；晶體諧振器的接入系數(shù)非常小(10?3)，與外電路的耦合很弱；晶體諧振器有很高的并聯(lián)諧振阻抗。晶體諧振器與一般振蕩回路的比較：第四十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202344

(1)陶瓷濾波器工作原理：利用了陶瓷濾波器的壓電效應(yīng)。它的等效電路和石英晶體相同，但品質(zhì)因數(shù)比晶體小、比LC回路大。

特點(diǎn)：通頻帶較寬，矩形系數(shù)較小，價(jià)格便宜。4.集中濾波器采用集中選頻濾波器，可以簡(jiǎn)化電路、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善系統(tǒng)性能。簡(jiǎn)單討論：陶瓷濾波器和聲表面波濾波器。第四十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202345(2)聲表面波濾波器(SAWF)工作原理：SAW的輸入端換能器(IDT)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的超聲波，在輸出端IDT又將超聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于不同頻率的超聲波在介質(zhì)表面的傳輸時(shí)間不一樣，產(chǎn)生相移也不一樣，因此就相當(dāng)于一個(gè)濾波器。特點(diǎn)：工作頻率范圍寬(1MHz～1GHz)，通頻帶寬，矩形系數(shù)可以接近理想矩形，SAWF的矩形系數(shù)為1.1～2。第四十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202346舉例：一種通信機(jī)的聲表面波濾波器的頻率特性。第四十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202347高頻衰減器：下圖是T型和Π型網(wǎng)絡(luò)高頻匹配器：下圖是T型電阻網(wǎng)絡(luò)匹配器5.衰減器與匹配器第四十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202348三、電子噪聲及其特性

1、基本概念電子設(shè)備的性能很大程度上取決于干擾和噪聲。通信系統(tǒng)中，噪聲影響接收機(jī)的接收靈敏度，外部干擾的存在將影響接收機(jī)的正常接收。干擾和噪聲：將電子設(shè)備外部引入的無(wú)用信號(hào)稱為干擾，內(nèi)部產(chǎn)生的無(wú)用信號(hào)稱為噪聲。

本章主要討論電子設(shè)備的內(nèi)部噪聲，它的的主要來(lái)源是電阻熱噪聲和半導(dǎo)體噪聲。有關(guān)外部干擾的內(nèi)容將在第六章“振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻”中介紹。第四十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202349產(chǎn)生機(jī)理：由電阻內(nèi)部電子的無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，與電子的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)(電流)無(wú)關(guān)。外部表現(xiàn)：電阻熱噪聲表現(xiàn)為電阻兩端的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)隨機(jī)起伏變化，但從一段時(shí)間來(lái)看，由于出現(xiàn)正負(fù)電壓的的概率相等，因此平均噪聲電壓為零。與溫度的關(guān)系：電阻熱噪聲隨電阻的絕對(duì)溫度T增加而增大。描述：設(shè)電阻R兩端的瞬時(shí)噪聲電動(dòng)勢(shì)為un，則電阻熱噪聲可以用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)描述。①概率密度p(un)：un的概率密度函數(shù)p服從正態(tài)(高斯)分布。2、電子噪聲的來(lái)源于特性：主要有電阻熱噪聲和半導(dǎo)體噪聲。(1).電阻熱噪聲第五十頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202350un的均值與方差：

電阻熱噪聲的瞬時(shí)電壓波形：注意：純電抗元件不會(huì)產(chǎn)生噪聲！第五十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202351②電阻熱噪聲等效電路：③均方根電壓與均方根電流：④噪聲功率譜密度額定噪聲功率：N=Un2/4R=kTB(W)噪聲功率譜密度：S=N/B=kT(W/Hz) 均方電壓譜密度：SU=Un2/B=4kTR(V2/Hz)均方電流譜密度：SI=In2/B=4kTG(A2/Hz)第五十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202352①多個(gè)電阻串聯(lián)(如電阻R1，R2串聯(lián))的總均方噪聲電壓：線性電路中的熱噪聲計(jì)算：②多個(gè)電阻并聯(lián)(如電阻G1,G2并聯(lián))的總均方噪聲電流：可以利用上述方法導(dǎo)出 第五十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202353熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)設(shè)H(jω)為線性網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸函數(shù)，輸入為電阻熱噪聲，它的均方電壓譜密度SUi。舉例1：傳輸函數(shù)法第五十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202354舉例1：等效阻抗法計(jì)算均方電壓畫出原電路的等效電路如右圖(c)。(2)由于等效電阻會(huì)產(chǎn)生噪聲，而等效電抗不會(huì)，因此只需要算等效電阻第五十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202355④ 噪聲帶寬：引入噪聲帶寬的目的是為了計(jì)算上方便。設(shè)線性系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為H(jω)，|H(jω)|的最大值為H0。噪聲帶寬：物理意義：以H02和Bn為兩邊的矩形面積和曲線|H(jω)|2下的面積相等。Bn和B0.7的區(qū)別：只有|H(jω)|為理想矩形時(shí)，二者才相等。但在實(shí)際計(jì)算時(shí)，若二者相差不大，可以用B0.7代替Bn。第五十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202356舉例1：已知串聯(lián)諧振電路電阻、電感和電容的參數(shù)為R，L，C。(1)計(jì)算輸出噪聲均方電壓Un2；(2)計(jì)算噪聲帶寬。解：(1)電阻R的噪聲電壓譜密度Sui=4kTR線性網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)(2)計(jì)算噪聲帶寬:第五十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202357(2).晶體三極管噪聲基區(qū)體電阻的熱噪聲：由載流子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)形成的噪聲。主要存在于基區(qū)體電阻內(nèi)，為白噪聲。散粒噪聲：晶體管中載流子隨機(jī)通過(guò)PN結(jié)。這種由于載流子的隨機(jī)發(fā)射產(chǎn)生的噪聲稱為散粒噪聲，為白噪聲，SI=2qI0。分配噪聲：由于集電極和基極電流分配的起伏變化引起的噪聲稱為分配噪聲，為有色噪聲。閃爍噪聲(1/f噪聲)：由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好而引起的噪聲為閃爍噪聲。它是有色噪聲，其均方噪聲電流譜密度近似與頻率成反比，所以又稱為1/f噪聲。閃爍噪聲主要在低頻范圍內(nèi)起作用。在高頻電路中，只有在調(diào)幅、調(diào)相電路中才考慮這種噪聲。(3).場(chǎng)效應(yīng)管噪聲溝道電阻熱噪聲；感應(yīng)噪聲：溝道噪聲通過(guò)溝道和柵極電容耦合作用產(chǎn)生噪聲；閃爍噪聲(原理與雙極晶體管相同)。第五十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202358噪聲系數(shù)(NoiseFactor)和噪聲溫度是衡量某一線性電路(如放大器)或某一系統(tǒng)(如接收機(jī))內(nèi)部噪聲大小的兩個(gè)重要參數(shù)，二者的作用等價(jià)，被廣泛使用。1.噪聲系數(shù)定義：對(duì)于線性四端網(wǎng)絡(luò)，噪聲系數(shù)定義為輸入端的信號(hào)噪聲功率比(S/N)i與輸出端的信號(hào)噪聲功率比(S/N)o的比值。NF的的dB表示：四、噪聲系數(shù)與噪聲溫度

第五十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202359噪聲系數(shù)的與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的關(guān)系：若KP為線性電路的功率放大倍數(shù)，Na為線性電路內(nèi)部附加噪聲在輸出端引起的噪聲輸出功率，則噪聲系數(shù)可以這樣計(jì)算。NF的含義：噪聲系數(shù)反映了信號(hào)和噪聲通過(guò)線性系統(tǒng)后，系統(tǒng)的附加噪聲使信噪比變壞的程度，與輸入信號(hào)功率無(wú)關(guān)，與輸入噪聲功率有關(guān)。 實(shí)際系統(tǒng)：NF>1；理想無(wú)噪聲系統(tǒng)：NF

=1噪聲系數(shù)定義的局限性：噪聲系數(shù)只適用線性或準(zhǔn)線性電路；噪聲系數(shù)對(duì)純電抗無(wú)意義。第六十頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202360(1)額定功率法：在信號(hào)源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL匹配的情況下，信號(hào)源的輸出功率最大，所以稱為額定功率法。2.NF的計(jì)算方法：本質(zhì)上都是根據(jù)定義計(jì)算，但是，對(duì)于四端口網(wǎng)絡(luò)，用額定功率法計(jì)算最簡(jiǎn)單。第六十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202361舉例：考慮接收機(jī)天線的輸入回路，這是一個(gè)抽頭諧振回路。由于抽頭諧振回路為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，所以無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)：如振蕩回路、電阻電抗構(gòu)成的濾波器和衰減器。第六十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202362(2)級(jí)連四端網(wǎng)絡(luò)的NF：設(shè)有二級(jí)四端網(wǎng)絡(luò)，其功率放大倍數(shù)分別為：KP1、KP2，噪聲系數(shù)分別為：NF1、NF2。級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)為第六十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202363

例2-3：下圖是一接收機(jī)的前端電路，高頻放大器和場(chǎng)效應(yīng)管混頻器的噪聲系數(shù)和功率增益如圖所示。試求前端電路的噪聲系數(shù)(設(shè)本振產(chǎn)生的噪聲忽略不計(jì))。

解：將圖中的噪聲系數(shù)和增益化為倍數(shù)，有因此,前端電路的噪聲系數(shù)為第六十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。5/6/202364(3).接收靈敏度：在保持接收機(jī)輸出端信噪比一定時(shí)，接收機(jī)輸入端所需要的最小信號(hào)電壓或功率(設(shè)接收機(jī)有足夠的增益)。它是衡量接收機(jī)接收微弱信號(hào)能力的重要指標(biāo)。舉例：設(shè)有一電視