光纖通信第三章2-放大器的噪聲

1、北京郵電大學(xué)顧畹儀1一、噪聲分析的一般方法一、噪聲分析的一般方法二、放大二、放大 器噪聲的計算器噪聲的計算1、放大、放大 器輸入端的等效電路器輸入端的等效電路2、放大、放大 器輸入端的噪聲源器輸入端的噪聲源3、放大、放大 器輸出噪聲的計算器輸出噪聲的計算三、場效應(yīng)管前置放大器的噪聲三、場效應(yīng)管前置放大器的噪聲四、雙極晶體管前置放大器的噪聲四、雙極晶體管前置放大器的噪聲五、前置放大器的類型五、前置放大器的類型北京郵電大學(xué)顧畹儀2一、噪聲分析的一般方法一、噪聲分析的一般方法 1、噪聲的概念、噪聲的概念 1）廣義噪聲：隨機噪聲 電磁干擾 2）隨機噪聲總是與信號相對存在 表示方法：SNR，NF 3）前

2、置放大器的噪聲是放大器主要的噪聲北京郵電大學(xué)顧畹儀32、隨機噪聲的概率密度函數(shù)和概率分布函數(shù)、隨機噪聲的概率密度函數(shù)和概率分布函數(shù) 對于平穩(wěn)隨機噪聲對于平穩(wěn)隨機噪聲X, 落在落在x和和x+dx之間的概率為：之間的概率為： f(x) 稱為隨機過程的概率密度函數(shù)，稱為隨機過程的概率密度函數(shù)， F(x) 是概率分布函數(shù)。是概率分布函數(shù)。 兩隨機變量之和：兩隨機變量之和： ()( )x dxxP xXxdxf x dx( )()( )xF xP Xxf x dx, ( )( )( )zxyZXYfzfxfy北京郵電大學(xué)顧畹儀43、隨機過程的數(shù)字特征、隨機過程的數(shù)字特征1）數(shù)學(xué)期望（均值）數(shù)學(xué)期望（均值

3、） 2）標(biāo)準(zhǔn)差）標(biāo)準(zhǔn)差 方差：方差： 標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差: ( )( )E xxf x dxx t222( )( ) ( )D xE xE xE xE x( )( )xD x北京郵電大學(xué)顧畹儀54、平穩(wěn)隨機過程的功率譜密度、平穩(wěn)隨機過程的功率譜密度dFdttxdttxFxx22ti -)(21)(e)()(dFTdttxTxTTTT22)(21lim21)(21limParseval 等式等式22)(21lim)(2)(21limxTxxTFTSdFT平均功率平均功率 =雙邊平均功率譜密度雙邊平均功率譜密度北京郵電大學(xué)顧畹儀6二、放大二、放大 器噪聲的計算器噪聲的計算放大器噪聲的特點：放大器噪聲的特

4、點：v服從高斯分布服從高斯分布v對高斯分布，若對高斯分布，若 依然是高斯依然是高斯分布，分布，且且, ( )zZXYfz221()( )exp22xmf x222zxy北京郵電大學(xué)顧畹儀71、放大放大 器輸入端的等效電路器輸入端的等效電路 北京郵電大學(xué)顧畹儀82、放大、放大 器輸入端的噪聲源器輸入端的噪聲源思路：思路：將所有噪聲源等效到輸入端將所有噪聲源等效到輸入端是平穩(wěn)隨機過程是平穩(wěn)隨機過程輸入端是白噪聲輸入端是白噪聲從各個噪聲源的功率譜密度從各個噪聲源的功率譜密度出發(fā)分析出發(fā)分析1）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲 等效為并聯(lián)電流噪聲源：等效為并聯(lián)電流噪聲源： 等效為串聯(lián)電壓噪聲源：等效為串聯(lián)電

5、壓噪聲源：2）放大器有源器件的噪聲：）放大器有源器件的噪聲：SI ，SE 2232 1.3810/bbd ekKRdfkJK22bbd ikKdfR北京郵電大學(xué)顧畹儀93、放大 器輸出噪聲的計算1）思路）思路 放大器是線性系統(tǒng)放大器是線性系統(tǒng) 對串聯(lián)電壓噪聲源，先轉(zhuǎn)換對串聯(lián)電壓噪聲源，先轉(zhuǎn)換成電流源成電流源. 輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納: 對對SE，乘以乘以按高斯分布對噪聲功率求和按高斯分布對噪聲功率求和1j ttCR2221(), tttbatdsaCRRRRCCCC2( )( )( )( )( )( )( )( )( )TTviTv ti tZtVIZSSZ北京郵電大學(xué)顧畹儀102）輸出噪聲功率）輸

6、出噪聲功率3）小結(jié)：）小結(jié)： 偏置電阻偏置電阻Rb越大，電阻的熱噪聲越?。辉酱?，電阻的熱噪聲越小； 輸入電阻輸入電阻Rt越大，輸入電容越大，輸入電容ct越小，串聯(lián)電壓噪聲源越小，串聯(lián)電壓噪聲源的影響越小。的影響越小。2)1()(2)()2(222222dCRZSdZSRkKVttTETIbna北京郵電大學(xué)顧畹儀11三、場效應(yīng)管前置放大器的噪聲三、場效應(yīng)管前置放大器的噪聲1、輸入端等效電路、輸入端等效電路北京郵電大學(xué)顧畹儀122、噪聲源噪聲源1）散粒噪聲）散粒噪聲 Igate為為FET的柵漏電流。的柵漏電流。2）溝道的熱噪聲）溝道的熱噪聲 gm為為FET的跨導(dǎo)，的跨導(dǎo)， 為數(shù)值系數(shù)，對為數(shù)值系數(shù)

7、，對Si FET, =0.7; 對對GaAs FET, =1.1。 等效到輸入端，等效到輸入端，mEgkKS222outmd ikKgdf21900, 1.6 10aIgatediSe IeCdf北京郵電大學(xué)顧畹儀13mtnaTtmTbmgatebnagCvdZCgkKdZRgkKIeRkKv222222202)(222)(1223 、輸出端總噪聲、輸出端總噪聲gm /Ct2 是場效應(yīng)管前放的優(yōu)值。北京郵電大學(xué)顧畹儀14四、雙極晶體管前置放大器的噪聲四、雙極晶體管前置放大器的噪聲1、輸入端等效電路、輸入端等效電路eeImvrr)(26)1 ()1 (北京郵電大學(xué)顧畹儀152、輸入端噪聲源、輸入

8、端噪聲源1）散粒噪聲2）基極電阻的熱噪聲bbakKrdfed212baIedfid02北京郵電大學(xué)顧畹儀163）分配噪聲）分配噪聲4） 1/ f 噪聲噪聲kKIegIeKkgIedfedIedfidcmcmcacc0022202202北京郵電大學(xué)顧畹儀173、輸出噪聲功率2)()2(202dZIeRkKvTbbnaRt = Rb | Ra, ct = cd + cs + ca存在最佳集電極電流Ic2)1()(2)(1)(222220222222dCRZIeKkdCCRZkKrttTcsdbTbb北京郵電大學(xué)顧畹儀18五、前置放大器的類型五、前置放大器的類型1、高阻型2、低阻型3、跨阻型(互阻型)tWiCBR21tiHCRf21北京郵電大學(xué)顧畹儀19iabftRRRRR)(ARRRARRfabfi11