高頻電子線路.曾興雯第2章-高頻電路基礎(chǔ)

第2章高頻電路基礎(chǔ)2.1高頻電路中的元器件2.2高頻電路中的根本電路2.3電子噪聲2.4噪聲系數(shù)和噪聲溫度各種高頻電路根本上是由有源器件、無源元件和無源網(wǎng)絡(luò)組成的。高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件根本相同,但要注意它們在高頻使用時的高頻特性。高頻單元電路中最常用的兩個重要功能是選頻濾波和阻抗變換。一、高頻電路中的元件高頻電路中的元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器),

它們都屬于無源的線性元件。2.1高頻電路中的元器件一個實際的電阻器,在低頻時主要表現(xiàn)為電阻特性,但在高頻使用時不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面,而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面。電阻器的電抗特性反映的就是其高頻特性。一個電阻R的高頻等效電路如圖2—1所示,其中,CR為分布電容,LR為引線電感,R為電阻。1〕電阻

圖2—1電阻的高頻等效電路●頻率越高，電阻的高頻特性越明顯

●LR、CR越小，高頻特性越好，因此希望電阻的引線要短?！裨趯嶋H使用時，要盡量減小電阻器的高頻特性，使之表現(xiàn)為純電阻。2.1高頻電路中的元器件一、高頻電路中的元件2.電容一個高頻電容器的等效電路如圖〔a〕所示。RC——級間絕緣電阻〔由于兩導(dǎo)體間介質(zhì)的非理想所致〕；LC——分布電感或級間電感2.1高頻電路中的元器件一、

高頻電路中的元件高頻電容具有自身諧振頻率SRF3〕電感高頻電路中，電感線圈的損耗是不能忽略的。頻率越高，高頻電感的損耗〔等效電阻〕越大。一般用品質(zhì)因數(shù)Q來表征高頻電感的損耗性能。品質(zhì)因數(shù)Q定義為高頻電感的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。Q值越高，表示電感的儲能作用越強，損耗越小。2.1高頻電路中的元器件一、

高頻電路中的元件高頻電感器也具有自身諧振頻率SRF。在SRF上,高頻電感的阻抗的幅值最大,而相角為零,如圖2—3所示。

圖2—3高頻電感器的自身諧振頻率SRF3〕電感2.1高頻電路中的元器件一、

高頻電路中的元件

二、高頻電路中的有源器件

高頻電路中的有源器件主要有二極管，晶體管以及集成電路，完成信號的放大、非線性變換等功能。1〕二極管半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變換電路中,工作在低電平。主要有點觸式二極管、外表勢壘二極管以及變?nèi)荻O管。特點：〔1〕點觸式二極管、外表勢壘二級管——極間電容小，工作頻率高；〔2〕變?nèi)荻O管——電容隨偏置電壓變化。可用作電調(diào)諧器和壓控振蕩器；2.1高頻電路中的元器件2〕晶體管與場效應(yīng)管〔FET〕

高頻晶體管有兩大類型:一類是作小信號放大的高頻小功率管,對它們的主要要求是高增益和低噪聲;另一類為高頻功率放大管,除了高增益外,要求其在高頻有較大的輸出功率。3〕集成電路用于高頻的集成電路的類型主要分為通用型和專用型兩種。

二、高頻電路中的有源器件

2.1高頻電路中的元器件高頻電路中的根本電路〔無源組件或無源網(wǎng)絡(luò)〕主要有高頻振蕩〔諧振〕回路、高頻變壓器、諧振器與濾波器等,它們完成信號的傳輸、頻率選擇及阻抗變換等功能。1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路高頻振蕩回落主要有簡單振蕩回路、抽頭并聯(lián)振蕩回路和耦合振蕩回路。在電路中完成阻抗變換，信號選擇與濾波，相頻轉(zhuǎn)換和移相等功能。只有一個回路的振蕩電路稱為簡單振蕩回路和或單諧振回路，有串聯(lián)振蕩回路和并聯(lián)振蕩回路兩種。2.2高頻電路中的基本電路并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)，研究阻抗、電流關(guān)系〕電路兩端的并聯(lián)阻抗為：2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路定義：使感抗與容抗相等的頻率為并聯(lián)諧振頻率，即令

的虛部為0，則有：（2-2）并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路定義:品質(zhì)因數(shù)Q并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路在高頻電路中，Q>>1，故有：此頻率也為回路的中心頻率并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路諧振的物理意義：電容中儲存的電能和電感中儲存的磁能周期性的轉(zhuǎn)換，并且儲存的最大能量相等。特性阻抗，則有：即在電感L的損耗電阻r相同的條件下，回路的品質(zhì)因數(shù)Q與特性阻抗成正比。并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路

諧振時，回路阻抗最大，為一純電阻即并聯(lián)諧振回路的電阻R0為和的Q倍并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路并聯(lián)諧振回路的等效電路為：

并聯(lián)諧振回路等效電路考慮在諧振頻率附近時的阻抗

并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路一般并聯(lián)回路用于窄帶系統(tǒng)，即此時與相差不大，則式中,是相對于回路中心頻率的絕對角頻偏，稱為失諧。為廣義失諧。并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路對應(yīng)的阻抗模值和相位為：

阻抗幅頻特性

相位特性并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路諧振回路中的兩個重要參數(shù)：通頻帶和矩形系數(shù)3dB通頻帶：阻抗幅頻特性下降為諧振值（中心頻率處）的時對應(yīng)的頻率范圍，也稱回路帶寬。常用或表示。

令理想濾波器的幅頻特性是一個矩形，因此可用矩形系數(shù)〔諧振回路的幅頻特性接近矩形的程度〕來描述諧振回路的選擇性，定義為：其中是曲線下降為諧振值的0.1時對應(yīng)的頻帶寬度?？偞笥?，理想矩形時，，矩形系數(shù)越接近于1越好。并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路即簡單振蕩回落的選擇性很差。對于單并聯(lián)諧振回路，，則矩形系數(shù)為并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路由相頻特性：諧振時（），回路呈純電阻。失諧時，如果，則回路呈感性；如果，回路呈容性。相頻特性的斜率：Q值越大，斜率越大，曲線越陡峭。在諧振頻率附件，相頻特性呈近似線性關(guān)系，且Q值越小，線性范圍越寬。（d）相頻特性并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路等效電路并聯(lián)諧振回路中諧振時的電流電壓的關(guān)系

電感L電流的電流是感性電流，它落后于回路兩端電壓90度，是容性電流,超前于回路兩端電壓90度。則與回路電壓同相。諧振時，與相位相反，大小相等。他們的相位關(guān)系如圖所示。諧振時，回路中電流電壓的關(guān)系：串聯(lián)諧振回路〔電感、電容串聯(lián)，研究阻抗、電壓關(guān)系〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路電路如下圖：圖2-4（a）串聯(lián)阻抗：串聯(lián)諧振頻率：

（1）（2）由（1、2）得：

阻抗模值：其中相角：串聯(lián)諧振回路〔電感、電容串聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路回路阻抗的模值和相角隨w的變化曲線如下：相角：幅頻特性相頻特性電抗特性

串聯(lián)諧振回路〔電感、電容串聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路回路的電流特性

在任意頻率下的回路電流與諧振電流之比為若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號,則發(fā)生串聯(lián)諧振時因阻抗最小,流過電路的電流最大,稱為諧振電流,其值為那么：令：串聯(lián)諧振回路〔電感、電容串聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路

串聯(lián)諧振回路的諧振曲線串聯(lián)回路在諧振時的電流、電壓關(guān)系那么串聯(lián)諧振回路的諧振曲線：2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路例1設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載,信號中心頻率fs=10MHz,回路電容C=50pF,(1)試計算所需的線圈電感值。(2)假設(shè)線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100,試計算回路諧振電阻及回路帶寬。(3)假設(shè)放大器所需的帶寬B=0.5MHz,那么應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?解

(1)計算L值。2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路(2)回路諧振電阻和帶寬?；芈穾挒?.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路

一、高頻振蕩回路回路總電阻為

需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1,并聯(lián)后的總電阻為R1∥R0,總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式,有此時要求的帶寬B=0.5MHz,故對上次課重點知識的復(fù)習——簡單串并聯(lián)諧振回路名詞：品質(zhì)因數(shù)〔空載Q值、有載Q值〕、諧振電阻、廣義失諧、中心頻率、通頻帶〔3dB帶寬〕、矩形系數(shù)等。并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路(復(fù)習內(nèi)容)

一、高頻振蕩回路對應(yīng)的阻抗模值和相位為：

阻抗幅頻特性

相位特性并聯(lián)諧振回路〔電感、電容并聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路〔復(fù)習內(nèi)容〕

一、高頻振蕩回路等效電路并聯(lián)諧振回路中諧振時的電流電壓的關(guān)系

電感L電流的電流是感性電流，它落后于回路兩端電壓90度，是容性電流,超前于回路兩端電壓90度。則與回路電壓同相。諧振時，與相位相反，大小相等。他們的相位關(guān)系如圖所示。諧振時，回路中電流電壓的關(guān)系：串聯(lián)諧振回路〔電感、電容串聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路〔復(fù)習內(nèi)容〕

一、高頻振蕩回路回路阻抗的模值和相角隨w的變化曲線如下：相角：幅頻特性相頻特性電抗特性

串聯(lián)諧振回路〔電感、電容串聯(lián)〕2.2高頻電路中的基本電路1)簡單振蕩回路〔復(fù)習內(nèi)容〕

一、高頻振蕩回路

串聯(lián)諧振回路的諧振曲線串聯(lián)回路在諧振時的電流、電壓關(guān)系串聯(lián)諧振回路的諧振曲線：高頻振蕩回路可分為LC振蕩回路〔簡單串并聯(lián)諧振回路〔單個LC回路〕、抽頭并聯(lián)振蕩回路〕、耦合振蕩回路〔兩個LC回路〕。2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路〔研究阻抗、電流關(guān)系〕鼓勵源或負載與回路電感或電容局部連接的并聯(lián)振蕩回路稱為抽頭并聯(lián)振蕩回路。通過改變抽頭位置或電容分壓比可以實現(xiàn)回路與信號源的阻抗匹配〔a,b〕或阻抗變換(d,e)。幾種常見抽頭振蕩回路2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路

定義：接入系數(shù)，與外電路相連的那局部電抗與回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比，即接入系數(shù)也稱為電壓比或變比。假設(shè)諧振時，輸入端呈現(xiàn)的電阻為R，由功率相等的關(guān)系接入系數(shù)用元件參數(shù)表示，那么為：不考慮互感考慮互感電感局部接入：2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路

前面分析的是回路諧振時，阻抗之間的變換關(guān)系，對于非諧振回路，接入系數(shù)的概念同樣適用，此時電容局部接入：接入系數(shù)2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路

同樣根據(jù)功率相等，有則有：

又因為激勵端電壓U小于回路兩端電壓，從功率等效的角度，回路要得到同樣功率，抽頭端的電流比起不抽頭回路要更大些，則由電源的折合：這時，諧振時回路電流IL,IC與I的比值將不再是Q,而小于Q2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路

例2如下圖，抽頭回路由電流源鼓勵,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,因此可以認為Q→∞。由圖可知,回路電容為

諧振角頻率為電阻R1的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為

2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路

回路兩端電壓u(t)與i(t)同相,電壓振幅U=IR=2V,故

輸出電壓為

回路有載品質(zhì)因數(shù)

回路帶寬

2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路〔研究轉(zhuǎn)移阻抗〕作用：〔1〕阻抗變換，完成高頻信號的傳輸?！?〕選頻濾波，形成比簡單振蕩回路更好的頻率特性。簡單振蕩回路具有一定的選頻能力，結(jié)構(gòu)簡單，但是其選擇性差，矩形系數(shù)太大。因此在高頻電路中，經(jīng)常用到兩個互相耦合的振蕩回路，稱為雙調(diào)諧回路。電感耦合回路回路耦合阻抗為：定義耦合系數(shù)k（反映兩回路的相對耦合程度）為與初次級中跟同性質(zhì)兩電抗的幾何平均值之比。耦合系數(shù)：2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路

次級回路對初級回路的作用可用反映阻抗Zf來表示：次級回路電流：

是次級回路的串聯(lián)阻抗。在初級的反應(yīng)電勢為初級回路電流在次級回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢電感耦合回路等效回路2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路

假設(shè)兩回路中，定義:(1)廣義失諧(2)耦合因子等效回路

初次級串聯(lián)阻抗可分別表示為（1）耦合阻抗為：（2）轉(zhuǎn)移阻抗：（3）而（4）考慮次級的反映阻抗時，有：（5）將（4、5）式代入（3），并化簡有：（6）2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路

〔3〕2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路

以為變量，對上式求極值，即對上式關(guān)于求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為0，則有：又，故的最大值為當A>1時，則在處有兩個極大值，在處有凹點

歸一化轉(zhuǎn)移阻抗特性為：故當A<1時，在處有極大值

2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路

耦合回路的頻率特性

一般當A=1時，為臨界耦合，耦合系數(shù)為臨界耦合系數(shù)；當A>1時，為過耦合；當A<1時，為欠耦合，由圖可知：當在欠耦合時，曲線較尖，帶寬窄，且其最大值也小，因此一般不工作該狀態(tài)。當k增加至臨界耦合時，曲線由單峰向雙峰變化。2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路

臨界耦合時，將A=1代入，那么有：

回路帶寬：令

令故臨界耦合時的矩形系數(shù)為：當允許頻帶內(nèi)有凹陷起伏特性時，可以采用過耦合狀態(tài)，它可以得更大的帶寬。但凹陷點的值小于0.707時的過耦合狀態(tài)沒有應(yīng)用價值，那么當最大凹陷點也為0.707時，即

2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路

令

由

帶寬為：2.2高頻電路中的基本電路

一、高頻振蕩回路耦合回路——電容耦合振蕩回路

電容耦合振蕩回路

等效電路耦合系數(shù)：經(jīng)推導(dǎo)，可得阻抗轉(zhuǎn)移特性：比照電感耦合回路阻抗特性：因此電容耦合振蕩回路與電感耦合振蕩回路具有相同的頻率特性，前面的分析結(jié)果對電容耦合回路也適用。二、高頻變壓器和傳輸線變壓器〔自學〕2.2高頻電路中的基本電路三、石英晶體諧振器1.物理特性石英晶體之所以能成為電的諧振器，是由于它具有壓電效應(yīng)。●壓電效應(yīng)〔正壓電效應(yīng)〕————當晶體受外力作用〔如伸縮、切變、扭曲等〕而變形時，就在它對面的外表上產(chǎn)生正負電荷，呈現(xiàn)出電壓?！穹磯弘娦?yīng)————當晶體兩面加電壓時，晶體又會發(fā)生機械形變。

交變電壓

周期性機械震動

交變電壓當所加電壓頻率等于晶體本身固有的機械振蕩頻率時，壓電效應(yīng)最明顯，即產(chǎn)生交變電壓與機械振動共振，晶體振蕩器正是基于這一原理。2.2高頻電路中的基本電路三、石英晶體諧振器1.等效電路及阻抗特性2.2高頻電路中的基本電路(1)等效電路(a)基頻及各次泛音等效電路（b）諧振頻率附近的等效電路

由于各次諧振頻率相隔較遠，互相影響很小，因此在具體應(yīng)用中，只需考慮某一頻率附近的電路特性，如圖〔b〕所示。與通常的諧振回路相比，晶體的參數(shù)、與一般的電感、電容有很大不同，這里一般很大，很小。由圖可知，晶體有兩個諧振頻率：串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率。三、石英晶體諧振器1.等效電路及阻抗特性2.2高頻電路中的基本電路由于，與非常接近。當時，有：相對頻差為：接入系數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：串聯(lián)諧振頻率：三、石英晶體諧振器1.等效電路及阻抗特性2.2高頻電路中的基本電路等效電路阻抗的一般表示式為

在忽略rq后,上式可化簡為三、石英晶體諧振器1.等效電路及阻抗特性2.2高頻電路中的基本電路晶體振蕩器的特點：（1）晶體的諧振頻率很穩(wěn)定，因為晶體參數(shù)由其尺寸決定，受外界因素影響??；（2）品質(zhì)因數(shù)很大；（3）接入系數(shù)很?。?）晶體在工作頻率附近阻抗變化率很大，有很高的并聯(lián)諧振阻抗。應(yīng)用：除了可作振蕩器的振蕩回路外，還可以頻率窄帶濾波器當或時，回路呈容性；當時，回路呈感性。

四、集中濾波器隨著電子技術(shù)的開展，高增益、寬頻帶的高頻集成放大器和其他高頻處理模塊越來越多，應(yīng)用越來月廣泛。因此用集中濾波器作選頻電路也已成為大勢所趨。作用：采用集中選頻濾波器，不僅有利于電路和設(shè)備的微型化，便于大量生產(chǎn)，而且可以提高電路和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)性能。種類：高頻電路中常用的集中濾波器主要有〔1〕LC式集中選擇濾波器，〔2〕晶體濾波器，〔3〕陶瓷濾波器和〔4〕聲外表波濾波器。2.2高頻電路中的基本電路

圖2—25T型和Π型網(wǎng)絡(luò)1)高頻衰減器

五.衰減器與匹配器作用：通過高頻衰減器可以調(diào)整傳輸通路上的信號電平分類：固定衰減器、可變衰減器常見的固定衰減器有：T型，Π型，O型，L型衰減器等，如下圖。2〕高頻匹配器如果需要相連接的兩局部高頻電路阻抗匹配，那么可以直接相連。但是如果阻抗不匹配，就需要用高頻匹配器或阻抗變換器來連接。詳細討論見第三章。2.2高頻電路中的基本電路抽頭并聯(lián)振蕩回路〔阻抗、電流〕：引入接入系數(shù)p，提高品質(zhì)因數(shù)，從而提高回路的頻率選擇性。石英晶體諧振器〔阻抗〕：頻率穩(wěn)定性好，接入系數(shù)小，品質(zhì)因數(shù)大。對上次課重點知識的復(fù)習〔了解〕耦合振蕩回路〔轉(zhuǎn)移阻抗〕：相對簡單串并聯(lián)諧振回路，矩形系數(shù)減小所謂干擾〔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擾動的總稱。〔1〕定義一、概述〔2〕分類按產(chǎn)生地分：外部干擾；內(nèi)部干擾按產(chǎn)生根源分：自然干擾；人為干擾按電特性分：脈沖型；正弦型；起伏型習慣上對外部來的稱為干擾；內(nèi)部來的稱為噪聲〔3〕抑制外部干擾〔第六章〕的措施：a.消除干擾源；b.切斷傳播途徑；c.躲避干擾2.3電子噪聲及其特性二、電子噪聲的來源與特性來源：電阻熱噪聲；半導(dǎo)體管噪聲電阻熱噪聲導(dǎo)體或電阻中自由電子熱運動而產(chǎn)生起伏電壓才稱為電阻的熱噪聲。溫度越高，自由電子的運動越劇烈，產(chǎn)生的起伏電壓越大，噪聲功率就越大。就一段時間來看，出現(xiàn)正負電壓的概率相同，因而兩端的平均電壓為0；但是某一瞬間看，電阻兩端電勢的大小和方向是隨機變化的。2.3電子噪聲及其特性〔1〕熱噪聲電壓和功率譜密度當電阻的溫度為T〔K〕時，電阻R兩端噪聲電壓的均方值為：伯茨曼常數(shù)；B是測量帶寬，T是絕對溫度奈奎斯特公式表示起伏電壓交流分量的有效值。具有這種概率密度的噪聲為高斯噪聲。根據(jù)概率論的理論，由于熱噪聲電壓是由大量電子運動產(chǎn)生的感應(yīng)電勢之和，總的噪聲電壓服從正態(tài)分布，即其概率密度為：二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲〔1〕熱噪聲電壓和功率譜密度二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲〔2〕熱噪聲等效電路二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲因為功率與電壓或電流的均方值成正比，故電阻熱噪聲也可以看成是一噪聲功率源。由圖可以看出，功率源輸出的最大噪聲功率〔負載電阻為R時的輸出功率〕：〔2〕熱噪聲等效電路二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲說明：電阻熱噪聲功率與帶寬成正比，而單位頻帶內(nèi)的最大噪聲功率為kT，與頻帶無關(guān)。kT為噪聲源的噪聲功率譜密度，將功率譜不隨頻率變化的噪聲，稱為白噪聲。定義：均方電壓譜密度——單位頻帶內(nèi)噪聲電壓均方值。

均方電流譜密度——單位頻帶內(nèi)噪聲電流均方值。因為它與光學中的“白光”相似，具有均勻的功率譜?！?〕線性電路中的熱噪聲二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲在計算線性電路中的熱噪聲時，往往會遇到如下情況：多個電阻的熱噪聲；熱噪聲通過線性電路。a.多個電阻的熱噪聲●考慮兩個電阻串聯(lián)，假設(shè)兩個電阻上的噪聲電勢是統(tǒng)計獨立的，如下圖：（a）（b）等效電路串聯(lián)后總的電勢為：〔3〕線性電路中的熱噪聲二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲那么總的噪聲電壓均方值為：故推廣：m個電阻串聯(lián)，則有a.多個電阻的熱噪聲〔3〕線性電路中的熱噪聲二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲a.多個電阻的熱噪聲●考慮兩個電阻并聯(lián)，假設(shè)兩個電阻上的噪聲電勢是統(tǒng)計獨立的?？偟碾娏鳛椋簞t：故推廣：m個電阻并聯(lián)，則〔3〕線性電路中的熱噪聲二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲b.熱噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò)熱噪聲通過線路電路的模型對單頻信號來說，輸入輸出電壓均方值之間的關(guān)系為：其中和分別是輸出、輸入端噪聲均方電壓譜密度同樣：（2）輸出噪聲電壓均方值為：〔3〕線性電路中的熱噪聲二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲b.熱噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò)下面以并聯(lián)諧振回路為例分析熱噪聲通過線性電路后的輸出噪聲。

(3)〔3〕線性電路中的熱噪聲二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲b.熱噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò)又并聯(lián)回路可以等效為

(4)

〔3〕線性電路中的熱噪聲二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲b.熱噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò)(3)這里是回路并聯(lián)諧振電阻。結(jié)論〔1〕電阻熱噪聲通過線性電路后，一般不再是白噪聲。(4)（2）二端線性電路其噪聲電壓或噪聲電流譜密度可用等效電阻來代替〔4〕噪聲帶寬二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲在電阻熱噪聲公式中，有一帶寬因子B，它是測量此噪聲電壓均方值的帶寬。因為電阻熱噪聲是均勻頻譜的白噪聲，因此這一帶寬應(yīng)該理解為一理想濾波器的帶寬。實際的測量系統(tǒng)，包括噪聲通過的后面的線性系統(tǒng)都不具有理想的濾波特性。此時輸出端的噪聲功率或噪聲電壓均方值應(yīng)該按譜密度進行積分計算。為了計算和測量的方便，引入“噪聲帶寬”的概念。假設(shè)在線性系統(tǒng)中，電壓傳輸函數(shù)為H(jω)，輸入一電阻熱噪聲，其均方電壓譜為SUi=4kTR，輸出均方電壓譜為SUo那么輸出均方電壓U2n2為：〔4〕噪聲帶寬二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲那么等效噪聲帶寬Bn為設(shè)|H(jw)|的最大值為H0，那么可定義一等效噪聲帶寬Bn，令噪聲帶寬的物理意義：使H02

和Bn為兩邊的矩形面積與曲線下的面積相等。線性系統(tǒng)的等效噪聲帶寬〔4〕噪聲帶寬二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性電阻熱噪聲例：計算單振蕩回路等效噪聲帶寬。設(shè)回路為高Q電路,設(shè)諧振頻率為f0，那么：式中,Δf為相對于f0的頻偏,由此可得等效噪聲帶寬為：晶體三級管噪聲是設(shè)備內(nèi)部固有噪聲的另一個重要來源。他們有：1)散彈〔粒〕噪聲；2〕分配噪聲；3〕閃爍噪聲〔1〕散彈噪聲——由于載流子隨機起伏運動產(chǎn)生的噪聲稱為散彈噪聲，它也是白噪聲?！?〕分配噪聲——由分配比起伏變化而產(chǎn)生的集電極電流、基極電流起伏噪聲，稱為晶體管的分配噪聲，它本質(zhì)上也是白噪聲。

是每個載流子的電荷量，是結(jié)的平均電流。二、電子噪聲的來源與特性2.3電子噪聲及其特性晶體三級管的噪聲〔3〕閃爍噪聲——由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平造成外表清潔處理不好而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。噪聲均方電流譜密度一、噪聲系數(shù)在一些部件和系統(tǒng)中，噪聲對他們性能的影響主要表現(xiàn)在信號與噪聲的相對大小，即信號噪聲功率比上。一般希望有這樣的電路或系統(tǒng)，當有用信號和輸入端的噪聲通過他們時，此系統(tǒng)不引入附加噪聲。這意味著輸入端和輸出端具有相同的信噪比。但實際中，由于電路或系統(tǒng)內(nèi)部總有附加噪聲，輸出端信噪比會下降。因此我們希望輸出端信噪比下降盡可能小。噪聲系數(shù)就是基于該想法定義的。2.4噪聲系數(shù)和噪聲溫度一、噪聲系數(shù)2.4噪聲系數(shù)線性四端網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)的定義：噪聲系數(shù)——輸入端的信號噪聲功率比與輸出端的信號噪聲功率比的比值，即：(1)

電路的功率傳輸系數(shù)（功率放大倍數(shù)）；表示內(nèi)部噪聲功率在輸出端的輸出

(3)(2)一、噪聲系數(shù)2.4噪聲系數(shù)〔2〕式表示噪聲系數(shù)等于歸于輸入端的總輸出噪聲與輸入噪聲之比；〔3〕式那么用歸于輸入端的附加噪聲表示噪聲系數(shù)。(2)(3)說明：1.噪聲功率與帶寬B相聯(lián)系。國際上，NF定義式中，噪聲功率是按每單位頻帶內(nèi)的噪聲功率定義的。即按輸入輸出功率譜密度定義的，但是如果引入等效噪聲帶寬，那么可以用整個頻帶內(nèi)的噪聲功率，這時噪聲系數(shù)具有平均意義。2.噪聲系數(shù)與輸入信號大小無關(guān)，但與輸入噪聲功率Ni有關(guān)，這里規(guī)定Ni為信號源內(nèi)阻Rs

的最大輸出功率kTB，與Rs無關(guān)。一、噪聲系數(shù)2.4噪聲系數(shù)3.輸出端阻抗匹配與否并不影響噪聲系數(shù)的大小，即噪聲系數(shù)的大小與輸出端所接負載無關(guān)，故噪聲系數(shù)也可表示成輸出端開路時的兩均方電壓之比或輸出端短路時的兩均方電流之比，即

和分別是網(wǎng)絡(luò)輸出端開路和短路時總的輸出均方噪聲電壓和電流；和則分別是網(wǎng)絡(luò)輸出端開路和短路時理想網(wǎng)絡(luò)的輸出均方噪聲電壓和電流。4.噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準線性電路。對于非線性電路，由于信號與噪聲，噪聲與噪聲之間的相互作用，將會使輸出端的信噪比更加惡化。因此噪聲系數(shù)的概念不再適用。

二、噪聲溫度將線性電路的內(nèi)部附加噪聲折算到輸入端，此附加噪聲可以用提高信號源內(nèi)阻上的溫度來等效，這就是噪聲溫度。等效到輸入端的附加噪聲為Na/KP，令增加的溫度為Te，即噪聲溫度，那么注：噪聲溫度這一概念可以推廣到系統(tǒng)內(nèi)有多個獨立噪聲源的情形，利用噪聲均方相加的原那么，可以用電路中某一點的各噪聲溫度相加來表示總的噪聲溫度和噪聲系數(shù)。則:

2.4噪聲系數(shù)三、噪聲系數(shù)的計算1.額定功率法額定功率,——又稱資用功率或可用功率,是指信號源所能輸出的最大功率，它只取決于信號源本身的參數(shù)：內(nèi)阻和電動勢，與輸入電阻和負載無關(guān)。要使信號源輸出最大功率，要求，此時額定功率為：2.4噪聲系數(shù)

額定功率增益KPm是指四端網(wǎng)絡(luò)的輸出額定功率Psmo和輸入額定功率Psmi之比,即根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，分子和分母都是同一端點上的功率比，因此可將實際功率改為額定功率，那么：式中,Psmi和Psmo分別為輸入和輸出的信號額定功率;Nmi和Nmo分別為輸入和輸出的噪聲額定功率;三、噪聲系數(shù)的計算1.額定功率法2.4噪聲系數(shù)三、噪聲系數(shù)的計算1.額定功率法2.4噪聲系數(shù)因為Nmi=kTB,Nmo=KPmNmi+Nmn,，Nmn為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的最大輸出噪聲功率。所以或者等效到輸入端，有：

式中,Nmoi=Nmo/KPm是網(wǎng)絡(luò)額定輸出噪聲功率等效到輸入端的數(shù)值。

對于無源四端網(wǎng)絡(luò)，在輸出端匹配時〔噪聲系數(shù)與輸出端的匹配與否無關(guān)，考慮匹配時較為簡單〕，輸出端的額定噪聲功率為Nmo=kTB,故L為網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)三、噪聲系數(shù)的計算2.級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)2.4噪聲系數(shù)圖2—36級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)根據(jù)定義,級聯(lián)后總的噪聲系數(shù)為式中,No為總輸出額定噪聲功率,它由三局部組成:經(jīng)兩級放