第三章 噪聲與干擾

1、 一、噪聲的定義： 噪聲是指對有用的信息信號產(chǎn)生干擾的設(shè)備 內(nèi)部和外部干擾信號。 二、噪聲的影響： 對聲音造成失真和噪音 對畫面造成失真或“雪花” 對數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生邏輯差錯(cuò) 1）按發(fā)生的地點(diǎn)分： 外部干擾外部干擾：天電干擾、宇宙射線干擾、工業(yè)干擾 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾: 設(shè)備之器件的熱噪聲 2）按產(chǎn)生的根源分： 自然干擾 人為干擾 3）按電特性分： 脈沖型干擾 正弦型干擾 起伏型干擾 3.2.1 電阻的熱噪聲 一、電阻熱噪聲產(chǎn)生的原因： 電阻的熱噪聲是電阻導(dǎo)體的熱騷動(dòng)產(chǎn)生無規(guī)則運(yùn) 動(dòng)引起的起伏噪聲電流的現(xiàn)象。 二、電阻熱噪聲的特點(diǎn)及計(jì)算 1、特點(diǎn)： 1）電阻噪聲是起伏噪聲。 2）起伏噪聲電流是大量脈

2、沖寬度約10-13s的微 弱脈沖電流的迭加而成。另窄脈沖極性、大小和 出現(xiàn)時(shí)間是隨機(jī)的。 1）起伏噪聲的功率密度）起伏噪聲的功率密度: Sv = 4kTR 其中k=1.3810-23J/K T=273+t () (K) T定，R Sv R定， T Sv 2）B頻帶內(nèi)噪聲電壓和電流值頻帶內(nèi)噪聲電壓和電流值: 例例3.2.1: P69 kTRBBSu vn 4 2 B R kTBSi vn 1 4 2 一個(gè)實(shí)際電阻可以等效為: 一個(gè)(無噪聲)電阻與一個(gè)恒壓源串聯(lián)， 或等效為一個(gè)(無噪聲)電導(dǎo)與恒流源并聯(lián)。 R1、R2串聯(lián)的噪聲等效電路: R1、R2并聯(lián)的噪聲等效電路:例3.2.2: P69 幾點(diǎn)說

3、明： 1、對處于相同溫度、相同帶寬的電阻所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)， 不論串聯(lián)還是并聯(lián)，總的均方值噪聲電壓等于網(wǎng)絡(luò) 總電阻所產(chǎn)生的均方值噪聲電壓。 2、如果網(wǎng)絡(luò)中的電阻處于不同溫度或是受不同帶寬 限制，只能按均方疊加法則即功率相加原理進(jìn)行計(jì) 算。 3、純電抗元件既不消耗功率也不產(chǎn)生熱噪聲，但實(shí) 際的電抗元件一般都含有電阻分量，故也與普通電 阻一樣產(chǎn)生熱噪聲。因此，LC諧振回路兩端產(chǎn)生的 熱噪聲電壓均方值也可按公式計(jì)算，式中的R應(yīng)為 諧振電阻。 工作狀態(tài)： 正偏：散粒噪聲 反偏： 擊穿前：散粒噪聲（很?。?擊穿后：齊納擊穿：散粒噪聲、閃爍噪聲 雪崩擊穿：散粒噪聲、多態(tài)噪聲 體電阻re 產(chǎn)生的熱噪聲： 散彈噪聲

4、 ： BkTru en 4 2 BqIi on 2 2 其中，電子電荷量 q=1.5910-19C, I0是PN結(jié)平均電流 1、熱噪聲：基極電阻產(chǎn)生的 2、散彈噪聲：流過PN結(jié)的電流 3、分配噪聲： 4、閃爍噪聲:(1/噪聲): 噪聲主要在低頻又稱低頻噪聲 BkTru bbbn 2 4 BqIi oen 2 2 BqIi CQcn )1(2 0 2 2 )( 2 Bf f Ik i n m Bo nf 2 nf if 1、熱噪聲 2、散彈噪聲 3、感應(yīng)噪聲 4、閃爍噪聲 內(nèi)部噪聲：電阻熱噪聲 外來噪聲：周圍介質(zhì)輻射 宇宙輻射 因此，天線噪聲是與周圍的介質(zhì)溫度、天線的指向及 工作頻率有關(guān)的。 工

5、程上：統(tǒng)一規(guī)定用天線的輻射電阻輻射電阻RA在天線的有效有效 噪聲溫度噪聲溫度TA產(chǎn)生的熱噪聲來表示天線的噪聲性能。 在熱平衡狀態(tài)下，天線熱噪聲電壓均方值為： nAAn BRkTu2 2 描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖： 信噪比:(SNR) Signal-to Noise Ratio 注意：同一個(gè)端口中同一個(gè)端口中 以dB表示: 意義 : S/N越大，信號被噪聲惡化的程度越小， 信噪比最低允許值取決于應(yīng)用技術(shù)。 N S P P SNR N S P P dBSNRlog10)( AM : PSi/PNi10dBPSi=10PNi FM :12dB PSi=15.8PNi TV :40dB PSi=10

6、4PNi 一、噪聲系數(shù)的定義及其物理意義 1、定義: 噪聲系數(shù)是指線性四端網(wǎng)絡(luò)的輸 入信噪功率比與其輸出端信噪功率之比值。 以dB表示 ： noso nisi F PP PP N 輸出信噪比 輸入信噪比 )(log10log10)(dB PP PP NdBN noso nisi FF 2、物理意義: 噪聲系數(shù)NF的大小被用來衡量 線性網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲對檢測信號的影響程度 根據(jù)不同的情況，NF的其它表示方式: 1）已知輸入噪聲和測得總和噪聲情況； nAo no ni no pni no so si noso nisi F P P P P AP P P P PP PP N 1 聲功率外噪在輸出

7、端呈現(xiàn)的噪 輸出端總噪聲功率 P P N nAo no F 2）實(shí)際網(wǎng)絡(luò)和理想網(wǎng)絡(luò)噪聲功率比: NF =1：理想網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù) nAo nBo nAo nBonAo nAo no F P P P PP P P N 1 當(dāng)信號源與負(fù)載電阻相接時(shí)，在負(fù)載兩端的 信噪比為： 結(jié)論：信號源與任何負(fù)載相接并不影響其輸 入端信噪比，即無論負(fù)載為何值，其信噪比 都不變，其值為負(fù)載開路時(shí)的信號電壓平方 與噪聲電壓均方值之比。 2 2 n s no o O u U P P N S 1、額定功率： 內(nèi)阻為RA的電壓源 內(nèi)阻為RA的電流源 信號源輸入噪聲額定功率 A sef S R U P 4 2 AsefS RI

8、P 2 4 1 BTkP n 結(jié)論: 無源二端網(wǎng)絡(luò)的噪聲額定功率只與其溫 度T及通頻帶B有關(guān)，而與其負(fù)載阻抗及網(wǎng)絡(luò) 本身阻抗都無關(guān)。 2、額定功率增益 定義：指線性四端網(wǎng)絡(luò)的額定輸出功率與額 定輸入功率之比。 3、用額定功率和額定功率增益表示噪聲系數(shù) si so pa P P A 主要討論: 級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)多級放大器的總噪聲系數(shù)與各級 噪聲系數(shù)的關(guān)系，明確這一關(guān)系的實(shí)際意義 在于找出降低多級放大器的總噪聲系數(shù)的方 向和措施。 推導(dǎo)得： 推廣得通式： 1 2 112 1 pa F FF A N NN panpapa Fn papa F pa F FFn AAA N AA N A N NN . 1 .

9、11 2121 3 1 2 1 1、要使級聯(lián)總噪聲系數(shù)小，就得要各級NF 小、增益Apa大。 2、前級對總噪聲的影響最大，越后級影響 越小。 Te等效輸入噪聲溫度衡量線性四端網(wǎng)絡(luò)的 噪聲性能的另一個(gè)參數(shù)。 1、定義： 2、噪聲系數(shù)和等效噪聲溫度的換算 Te = ( NF 1 ) To o e opa epa nAo nBo F T T BkTA BkTA P P N 111 Te值越大，表征四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲性能越差。 理想網(wǎng)絡(luò) Te = 0 NF和Te均為表征線性四端網(wǎng)絡(luò)噪聲性能的指 標(biāo)，但Te適用于作表示低噪聲系統(tǒng)的噪聲性 能。 結(jié)論： 在低頻工作時(shí)，選用共發(fā)射極電路作為輸入 級比較有利 在高

10、頻工作時(shí)，選用共基極電路作為輸入級 比較有利 定義: 接收機(jī)輸出信號噪聲功率比為正常 值(規(guī)定值)時(shí)天線上需要加入信號的電 動(dòng)勢的最小有效值Usefmin或這個(gè)信號的 額定功率Psmin。 意義: 靈敏度表征接收機(jī)接收微弱信號的 能力。在正常接收情況下，天線需加入 的信號電平越小，證明該接收機(jī)的靈敏 度越高。 最小可辨信號功率: Psmin= kToBNFD 最小可辨信號電壓: 臨界靈敏度: D=1時(shí)的靈敏度 Psmin= kToBNF AFosef DRBNkTU4 min AFosef RBNkTU4 min 用dB/mW表示接收機(jī)的靈敏度及其計(jì)算方法: Psmin (dB/mW) = 10log k + 10log To + 10log B + 10 log NF + 10log103 = -174dB + 10log NF + 10log B 若B以MHz計(jì): Psmin (dB/mW) = -114dB + NFdB + 10log B 3 min min 10 log10)/( s s P mWdBP 1、選用低噪聲器件和元件 2、正確選擇晶體管放大級的直流工作點(diǎn) 3、選擇合適的信號源內(nèi)阻 4、選擇合適的工作帶寬 5、選用合適的放大電路 6、降低噪聲溫度以減小