噪聲與非線性失真

1、噪聲與非線性失真噪聲與非線性失真噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)等效噪聲溫度等效噪聲溫度非線性器件：描述、影響非線性器件：描述、影響 靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍噪聲與非線性失真噪聲與非線性失真限制了系統(tǒng)所能處理的限制了系統(tǒng)所能處理的最低最低信號(hào)電平信號(hào)電平限制了系統(tǒng)所能處理的限制了系統(tǒng)所能處理的最最高高信號(hào)電平信號(hào)電平一一. .噪聲噪聲1. 起伏噪聲的起伏噪聲的基本特性基本特性2.2.電子器件內(nèi)部噪聲的電子器件內(nèi)部噪聲的來(lái)源及等效電路來(lái)源及等效電路3. 衡量系統(tǒng)噪聲性能的衡量系統(tǒng)噪聲性能的指標(biāo)指標(biāo)噪聲系數(shù)與等效噪聲溫度噪聲系數(shù)與等效噪聲溫度二二. 非線性非線性1.1.非線性器件的非線性器件的描述方法描述

2、方法2.2.器件非線性對(duì)器件非線性對(duì)線性放大器線性放大器的的影響及衡量指標(biāo)影響及衡量指標(biāo)3.非線性器件在非線性器件在頻譜搬移頻譜搬移中的中的應(yīng)用應(yīng)用噪聲噪聲概述概述 電子設(shè)備的性能在很大程度上與干擾和噪聲有關(guān)。在通電子設(shè)備的性能在很大程度上與干擾和噪聲有關(guān)。在通信系統(tǒng)中，接收機(jī)的靈敏度與噪聲有關(guān)，提高接收機(jī)的靈信系統(tǒng)中，接收機(jī)的靈敏度與噪聲有關(guān)，提高接收機(jī)的靈敏度有時(shí)比增加發(fā)射機(jī)的功率更為有效。敏度有時(shí)比增加發(fā)射機(jī)的功率更為有效。噪聲（干擾）是除有用信號(hào)以外的一切不需要的信號(hào)以及噪聲（干擾）是除有用信號(hào)以外的一切不需要的信號(hào)以及各種電磁擾動(dòng)的總稱。各種電磁擾動(dòng)的總稱。按發(fā)生地點(diǎn)分為：外部干擾、

3、內(nèi)部干擾；按發(fā)生地點(diǎn)分為：外部干擾、內(nèi)部干擾；按產(chǎn)生根源分為：自然干擾、人為干擾；按產(chǎn)生根源分為：自然干擾、人為干擾；按電特性可分為：脈沖型、正弦型、起伏型；按電特性可分為：脈沖型、正弦型、起伏型；習(xí)慣上，把外來(lái)的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的成為噪聲。習(xí)慣上，把外來(lái)的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的成為噪聲。我們討論的對(duì)象是具有起伏特性的內(nèi)部噪聲。我們討論的對(duì)象是具有起伏特性的內(nèi)部噪聲。起伏噪聲起伏噪聲電阻熱噪聲是無(wú)數(shù)個(gè)電脈沖疊加的結(jié)果。電阻熱噪聲是無(wú)數(shù)個(gè)電脈沖疊加的結(jié)果。在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)：在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)： 噪聲電流（或電壓）的平均值趨于零；噪聲電流（或電壓）的平均值趨于零； 噪聲功率趨于一

4、有限值。噪聲功率趨于一有限值。起伏噪聲特性起伏噪聲特性（1）頻譜）頻譜 極寬，幾乎占據(jù)整個(gè)無(wú)線電頻段極寬，幾乎占據(jù)整個(gè)無(wú)線電頻段（2）功率譜密度）功率譜密度 單位單位：dBm/Hz )( fS頻帶頻帶 內(nèi)的內(nèi)的功率功率：21)(ffVVdffSP12fff212( )fnIfISf df電流功率譜密度電流功率譜密度( )ISf電壓功率譜密度電壓功率譜密度 ( )VSf212( )fnVfVSf df2nI2nV和和 代表單位電阻上的功率代表單位電阻上的功率2nI2nV噪聲噪聲電壓均方值電壓均方值 噪聲噪聲電流均方值電流均方值白噪聲白噪聲: 是常數(shù)是常數(shù))( fS)()(1222121ffSdf

5、SfdfSIIffIffIn（3）等效噪聲帶寬）等效噪聲帶寬噪聲通過(guò)噪聲通過(guò)線性系統(tǒng)線性系統(tǒng))( fSi輸入輸入功率譜密度功率譜密度系統(tǒng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)輸出輸出功率譜密度功率譜密度)( jfH)( fSo2)()()(fHfSfSio00222)()()(dffHSdffHfSViin白噪聲白噪聲通過(guò)線性系統(tǒng)通過(guò)線性系統(tǒng))()(0202fHdffHBL等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬定義：定義：系統(tǒng)系統(tǒng)總輸出噪聲：總輸出噪聲：22200( )( )()niiLVSfH fdfS Hf B電阻的熱噪聲及等效電路電阻的熱噪聲及等效電路1. 功率譜密度功率譜密度RkTSI14kTRRSSIV42電流電流

6、電壓電壓白噪聲白噪聲2. 等效電路等效電路串聯(lián)串聯(lián) 無(wú)噪電阻無(wú)噪電阻R串噪聲電壓源串噪聲電壓源并聯(lián)并聯(lián)無(wú)噪電阻無(wú)噪電阻R并噪聲電流源并噪聲電流源2nV2nI3. 有噪電阻的串并聯(lián)有噪電阻的串并聯(lián)4. 額定噪聲功率額定噪聲功率NAB條件條件: 噪聲源與系統(tǒng)匹配噪聲源與系統(tǒng)匹配kTBRkTRBRVNnA4442與噪聲源電阻與噪聲源電阻R大小無(wú)關(guān)大小無(wú)關(guān)與噪聲源溫度有關(guān)與噪聲源溫度有關(guān)雙極型晶體管的噪聲雙極型晶體管的噪聲主要噪聲來(lái)源主要噪聲來(lái)源熱噪聲熱噪聲散粒噪聲散粒噪聲基區(qū)電阻基區(qū)電阻 產(chǎn)生的熱噪聲產(chǎn)生的熱噪聲2,bbn rVbbr 白噪聲白噪聲PN結(jié)中，載流子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的散粒噪聲結(jié)中，載流子

7、不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的散粒噪聲功率譜密度功率譜密度02qISI2,2n ccIqI B2,2n bbIqI B2,4bbn rbbVkTr B場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲主要噪聲來(lái)源主要噪聲來(lái)源溝道熱噪聲溝道熱噪聲閃爍噪聲閃爍噪聲溝道中多數(shù)載流子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲溝道中多數(shù)載流子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度功率譜密度04dIgkTS功率譜密度功率譜密度半導(dǎo)體材料和制作工藝上的缺陷產(chǎn)生，又稱半導(dǎo)體材料和制作工藝上的缺陷產(chǎn)生，又稱 噪聲噪聲1ffWLCKSOXV12,04n DdIkT g B二端口網(wǎng)絡(luò)二端口網(wǎng)絡(luò)的噪聲的噪聲 任何一個(gè)有噪的二端口網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲都可以由置于輸入端任何一個(gè)有噪的二端

8、口網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲都可以由置于輸入端的兩個(gè)噪聲源來(lái)等效：的兩個(gè)噪聲源來(lái)等效： 一個(gè)和信號(hào)源串聯(lián)的噪聲電壓源一個(gè)和信號(hào)源串聯(lián)的噪聲電壓源 一個(gè)和信號(hào)源并聯(lián)的噪聲電流源一個(gè)和信號(hào)源并聯(lián)的噪聲電流源2nV2nI等效等效2nV2nI輸入端輸入端短路短路，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等效到輸入端的值，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等效到輸入端的值 輸入端輸入端開路開路，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等效到輸入端的值，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等效到輸入端的值 其中：其中：等效等效噪聲噪聲源的計(jì)算步驟源的計(jì)算步驟(1) 將線性網(wǎng)絡(luò)中的所有元件均用其噪聲等效電路代入。將線性網(wǎng)絡(luò)中的所有元件均用其噪聲等效電路代入。(2) 計(jì)算出

9、所有的噪聲源在系統(tǒng)輸出端的噪聲功率總和計(jì)算出所有的噪聲源在系統(tǒng)輸出端的噪聲功率總和 。2,n oV(3) 求等效輸入噪聲電壓源求等效輸入噪聲電壓源2nV輸入端短路，等效輸入噪聲電流源輸入端短路，等效輸入噪聲電流源 開路開路，則，則2nI2,2222,2n oVnn onVVA VVVA( (A AV V 為系統(tǒng)電壓增益）為系統(tǒng)電壓增益）(4) 求等效輸入噪聲電流源求等效輸入噪聲電流源 。輸入端開路輸入端開路，則，則2nI22,2222,22n oVnin oniVVAIZVIAZ（Z Zi i為系統(tǒng)輸入阻抗）為系統(tǒng)輸入阻抗）一般和是相關(guān)的。一般和是相關(guān)的。2nV2nI噪聲噪聲系數(shù)系數(shù)噪聲系數(shù)的

10、定義噪聲系數(shù)的定義網(wǎng)絡(luò)輸入信噪比與其輸出信噪比的比值。網(wǎng)絡(luò)輸入信噪比與其輸出信噪比的比值。即信噪比變壞的程度。即信噪比變壞的程度。io/(SNR)(SNR)/iiooP NFPN 有噪有噪 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)()iSNR()oSNR()10logNF dBF 網(wǎng)絡(luò)輸出端的輸出噪聲功率由兩部分構(gòu)成，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)后的輸網(wǎng)絡(luò)輸出端的輸出噪聲功率由兩部分構(gòu)成，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)后的輸入噪聲功率和網(wǎng)絡(luò)附加的噪聲功率入噪聲功率和網(wǎng)絡(luò)附加的噪聲功率 NA 。/1/1ApiiioAFoopipipiNG NP NNNNPNG NG NG N 輸出端總噪聲功率外噪在輸出端呈現(xiàn)的噪聲功率內(nèi)噪在輸出端呈現(xiàn)的噪聲功率外噪在輸出端呈現(xiàn)的噪

11、聲功率噪聲噪聲系數(shù)與等效輸入噪聲源的關(guān)系系數(shù)與等效輸入噪聲源的關(guān)系信號(hào)源信號(hào)源SV外輸入噪聲源外輸入噪聲源2SRV輸入信噪比輸入信噪比()iSRN內(nèi)部噪聲源內(nèi)部噪聲源 和和2nV2nI輸出輸出噪聲功率噪聲功率輸出輸出信號(hào)功率信號(hào)功率信號(hào)源信號(hào)源SV輸出信噪比輸出信噪比()oSRNBkTRRIVVRIVVSNRSNRFSSnnRSnnRoiSS4)(1)()()(2222其中：其中： 2,outnV網(wǎng)絡(luò)總輸出噪聲電壓均方值網(wǎng)絡(luò)總輸出噪聲電壓均方值VA該網(wǎng)絡(luò)的該網(wǎng)絡(luò)的電壓增益電壓增益例例2.3.12.3.1：圖示的兩端口網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)電阻，求該網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。圖示的兩端口網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)電阻，求該網(wǎng)絡(luò)的

12、噪聲系數(shù)。 VO解解: 根據(jù)公式根據(jù)公式BkTRRIVVRIVVSNRSNRFSSnnRSnnRoiSS4)(1)()()(2222一個(gè)網(wǎng)絡(luò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 的噪聲系數(shù)又可以表示為的噪聲系數(shù)又可以表示為222,22222222)()(SSSSSRVoutnVVRSnnRRSnnRVAVAAVRIVVVRIVVF該網(wǎng)絡(luò)的該網(wǎng)絡(luò)的電壓增益電壓增益為為: :VO求網(wǎng)絡(luò)總輸出噪聲電壓均方值求網(wǎng)絡(luò)總輸出噪聲電壓均方值等效噪聲電路如圖等效噪聲電路如圖 根據(jù)根據(jù)噪聲系數(shù)定義噪聲系數(shù)定義有有: :02000222,1)(4)/(4RRRRRBkTRBRRkTVAVFSSSSRVoutnS結(jié)論：結(jié)論：0R大，噪聲系數(shù)小

13、，大，噪聲系數(shù)小，與與功率最大傳輸功率最大傳輸共軛匹配共軛匹配不同不同在帶寬在帶寬B B 內(nèi)輸出內(nèi)輸出噪聲電壓均方值噪聲電壓均方值為為: :BRRkTRRIIVSSRnRnoutnS)/(4)/)(0202,2,2,000VSRARR無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)系數(shù)分析條件分析條件:輸入、輸出端均匹配輸入、輸出端均匹配已知：已知：無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的損耗為無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的損耗為 L帶寬為帶寬為B根據(jù)根據(jù)噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義/1/iiAoAooAPiAPP NNNFLPNGNG結(jié)論：結(jié)論：無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)在數(shù)值上等于在數(shù)值上等于它的損耗它的損耗 SR信號(hào)源

14、內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻 產(chǎn)生的額定噪聲功率為產(chǎn)生的額定噪聲功率為 kTBNiA0R輸出電阻輸出電阻 產(chǎn)生的額定噪聲功率為產(chǎn)生的額定噪聲功率為 kTBNoA等效等效噪聲噪聲溫度溫度等效噪聲溫度定義等效噪聲溫度定義條件：條件：有噪線性網(wǎng)絡(luò)有噪線性網(wǎng)絡(luò)、 產(chǎn)生產(chǎn)生白噪聲白噪聲、匹配、匹配定義：定義：將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的噪聲折合到輸入源端，將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的噪聲折合到輸入源端， 等效為由某電等效為由某電 阻在溫度阻在溫度 時(shí)產(chǎn)生的電阻熱噪聲，將網(wǎng)絡(luò)視為無(wú)噪的。時(shí)產(chǎn)生的電阻熱噪聲，將網(wǎng)絡(luò)視為無(wú)噪的。eT有噪網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲，和有噪網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲，和等效噪聲溫度的關(guān)系：等效噪聲溫度的關(guān)系：PGBePNkT BG內(nèi)等效等效噪聲噪聲溫度

15、與噪聲系數(shù)的關(guān)系溫度與噪聲系數(shù)的關(guān)系已知條件已知條件: 網(wǎng)絡(luò)帶寬網(wǎng)絡(luò)帶寬 B、 、eTPGiP0T源端匹配源端匹配 、設(shè)網(wǎng)絡(luò)為無(wú)噪，設(shè)網(wǎng)絡(luò)為無(wú)噪，總輸入噪聲總輸入噪聲為為0()eiNk TT B總信號(hào)源輸入噪聲信號(hào)源輸入噪聲為：為：0iNkT B總輸出噪聲總輸出噪聲為為0()oPeNG k TT B由噪聲系數(shù)定義由噪聲系數(shù)定義000/1/()iiieooPiPeP NP kT BTFPNG P G k TT BT 或或0) 1(TFTe多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的噪聲系數(shù)多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的噪聲系數(shù)已知：已知：各級(jí)間均匹配，帶寬均為各級(jí)間均匹配，帶寬均為B B， 額定功率增益、噪聲系數(shù)、等效噪聲溫度額定功

16、率增益、噪聲系數(shù)、等效噪聲溫度求：總噪聲系數(shù)求：總噪聲系數(shù) 、等效噪聲溫度、等效噪聲溫度eTFBkTNi0第一級(jí)輸入第一級(jí)輸入噪聲功率噪聲功率 11011PAPAeNGkT BGkT B第一級(jí)的輸出第一級(jí)的輸出噪聲功率是噪聲功率是2212212011()eoPAPAePAPAePATNGNGkT BGGkB TTG第二級(jí)輸出第二級(jí)輸出噪聲功率是：噪聲功率是：兩級(jí)總的輸出兩級(jí)總的輸出噪聲功率又可表示為噪聲功率又可表示為 120()oPAPAeNGGkB TT所以所以211eeePATTTG2111PAFFFG相等相等231112eeeePPPTTTTGGG 32111211PPPFFFFGG G

17、 多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)2. 2. 增大第一級(jí)的增益增大第一級(jí)的增益可以減少后級(jí)對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響可以減少后級(jí)對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響1. 1. 系統(tǒng)前級(jí)、特別是第一級(jí)的噪聲系數(shù)系統(tǒng)前級(jí)、特別是第一級(jí)的噪聲系數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響最大對(duì)系統(tǒng)影響最大結(jié)論：結(jié)論：非線性器件的描述方法非線性器件的描述方法非線性器件工作狀態(tài)的幾點(diǎn)討論非線性器件工作狀態(tài)的幾點(diǎn)討論非線性器件非線性器件大信號(hào)時(shí)會(huì)引起大信號(hào)時(shí)會(huì)引起失真失真能完成能完成頻譜搬移頻譜搬移各種功能各種功能不滿足疊加定理的系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。不滿足疊加定理的系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。非線性器件的特性是非直線型的。非線性器件的特性是非直線型的

18、。信號(hào)通過(guò)非線性系統(tǒng)后會(huì)出現(xiàn)新的頻率分量信號(hào)通過(guò)非線性系統(tǒng)后會(huì)出現(xiàn)新的頻率分量具有頻率變換作用。具有頻率變換作用。非線性系統(tǒng)沒(méi)有傳遞函數(shù)的概念非線性系統(tǒng)沒(méi)有傳遞函數(shù)的概念F、L變換分析法不適用于非線性系統(tǒng)變換分析法不適用于非線性系統(tǒng)解析函數(shù)描述解析函數(shù)描述雙極型晶體管雙極型晶體管BEqvkTcsiIe指數(shù)函數(shù)指數(shù)函數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管2,(1)GSDDSSGS thviIV飽和區(qū)飽和區(qū) -平方律平方律差分放大器差分放大器雙曲正切函數(shù)雙曲正切函數(shù)1202idqiiiI thvKT冪級(jí)數(shù)描述冪級(jí)數(shù)描述小信號(hào)的時(shí)候，將器件的伏安特性在工作點(diǎn)處用冪級(jí)數(shù)展開。小信號(hào)的時(shí)候，將器件的伏安特性在工作點(diǎn)處用冪級(jí)

19、數(shù)展開。()BEQiqVvKTcSiI e201233()()()cBEBEQBEBEQBEBEQiaa vVa vVa vVBEQiBEVvv代入代入230123NciiiNiiaa va va va v特點(diǎn)特點(diǎn): : 呈非線性呈非線性 ( )( )1!BEBEQncNvVnBEiaNv 系數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)系數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)ciiv分段折線描述分段折線描述適用條件適用條件: : 大信號(hào)輸入大信號(hào)輸入二極管二極管)( 0)( BDBDDDDVvVvvgi1()DDDig St v11222()coscos3cos5235Stttt差分放大器差分放大器)0( )0( 00iivIvIi02()iI

20、St211()()()StStSt444coscos 3cos 535ttt線性化參數(shù)線性化參數(shù)適用條件適用條件: : 小信號(hào)輸入小信號(hào)輸入tVtviimicos)(輸入輸入: :輸出輸出: :0101()CbeBEQiCQSiaa vVaa vIi靜態(tài)電流靜態(tài)電流0BEQqVkTCQSIaI e信號(hào)電流信號(hào)電流11cossiimiia vaVt線性電路不產(chǎn)生新的頻率線性電路不產(chǎn)生新的頻率線性化參數(shù)線性化參數(shù)-跨導(dǎo)跨導(dǎo)1beBEQcmbevVdiagdv僅與工作點(diǎn)有關(guān)僅與工作點(diǎn)有關(guān)放大器增益放大器增益LmbeLbemimomvRgVRVgVVA與信號(hào)大小無(wú)關(guān)與信號(hào)大小無(wú)關(guān)器件非線性的影響器件非

21、線性的影響 諧波諧波輸入端僅有一個(gè)有用信號(hào)輸入端僅有一個(gè)有用信號(hào)設(shè)輸入為：設(shè)輸入為：( )cosiimiv tVtbeBEQivVv用冪級(jí)數(shù)分析法討論非線性電路，有：用冪級(jí)數(shù)分析法討論非線性電路，有：2233123223221333( )coscoscos3()coscos22421cos34simiimiimiimimimimiiimii taVta Vta Vta Va VaVa Vtta Vt現(xiàn)象現(xiàn)象:出現(xiàn)了諧波出現(xiàn)了諧波產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因器件非線性、信號(hào)幅度大器件非線性、信號(hào)幅度大大小大小與系數(shù)有關(guān)與工作點(diǎn)有關(guān)與系數(shù)有關(guān)與工作點(diǎn)有關(guān)影響影響高次諧波被選頻回路濾除高次諧波被選頻回路濾除

22、增益壓縮增益壓縮特點(diǎn)：特點(diǎn)：考慮對(duì)基波分量的影響考慮對(duì)基波分量的影響（只考慮到三次方）（只考慮到三次方）基波信號(hào)電流：基波信號(hào)電流：定義平均跨導(dǎo)：定義平均跨導(dǎo)：其幅度為：其幅度為：基波電流表達(dá)式：基波電流表達(dá)式：31133()cos4SimimiiaVa Vt311334SimimIaVa V211334SmimimIgaa VV1cosSmimiigVt基波增益：基波增益：1omSLvmLimimVI RAg RVV11cosSimiiaVt21133()cos4Simimiiaa VVt1beBEQcmbevVdiagdv2113134SmimmIgaa VV僅與放大器工作點(diǎn)有關(guān)僅與放大器

23、工作點(diǎn)有關(guān)不僅與工作點(diǎn)有關(guān)不僅與工作點(diǎn)有關(guān)而且與輸入信號(hào)幅度有關(guān)而且與輸入信號(hào)幅度有關(guān)失真項(xiàng)失真項(xiàng)vmLAg R2133()4vmLimLAg Raa VR常數(shù)常數(shù)與信號(hào)幅度有關(guān)與信號(hào)幅度有關(guān)1om dBV()dBmV()dBmV()VA dB 通常通常a30，平均跨導(dǎo)會(huì)隨著輸入信號(hào)幅，平均跨導(dǎo)會(huì)隨著輸入信號(hào)幅度的增大而減小，此現(xiàn)象稱為增益壓縮。定度的增大而減小，此現(xiàn)象稱為增益壓縮。定義義1dB壓縮點(diǎn)（增益比線性放大器增益下降壓縮點(diǎn)（增益比線性放大器增益下降1dB）2133()4VimLAaa VR()()()outinVVdBmVVdBmVA dB線性增益線性增益增益壓縮指標(biāo)增益壓縮指標(biāo)1d

24、B壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn)11()()() 1outdBindBVVdBmVVdBmVA dB增益增益1dB壓縮點(diǎn)計(jì)算：壓縮點(diǎn)計(jì)算：21311320log| 20log| 14imdBaa VadB1130.145imdBaVa與器件類型和放大器工作點(diǎn)有關(guān)與器件類型和放大器工作點(diǎn)有關(guān)1dB1dB壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn)器件非線性的影響器件非線性的影響 輸入端有兩個(gè)以上用信號(hào)輸入端有兩個(gè)以上用信號(hào)設(shè)輸入設(shè)輸入為兩個(gè)不同頻率的信號(hào)為兩個(gè)不同頻率的信號(hào)：1m12m2( )VcosVcosiv ttt( (僅考慮到三次方僅考慮到三次方) )輸出為：輸出為：211m12m221m12m2331m12m2223221m2m11m

25、31m31m2m13212m32m32m1m22121221212VcosVcos+VcosVcosVcosVcos133VVVVV Vcos24233+VVV Vcos42V Vcos()V Vcos()mmmmiattattattaaaataaatata223121231221223321122231131233V Vcos(2)V Vcos(2)441111V cos2Vcos2V cos3V cos32244mmmmmmmmtatatatatatat基頻項(xiàng)基頻項(xiàng)和頻與差頻和頻與差頻堵塞堵塞 若一大一小兩個(gè)不同頻率的信號(hào)加到放大器輸入端，而有若一大一小兩個(gè)不同頻率的信號(hào)加到放大器輸入端，

26、而有用信號(hào)幅度用信號(hào)幅度V V1m1m遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無(wú)用信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無(wú)用信號(hào)V V2m2m，輸出電流的基波分量：，輸出電流的基波分量：由于由于V V1m1mVV2m2m：3211m31m31m2m133VVV Vcos42iaaat2132113VV cos2mmiaat基波分量的平均跨導(dǎo)：基波分量的平均跨導(dǎo)：21323V2mmgaa一般有一般有 0 03a有用信號(hào)的有用信號(hào)的跨導(dǎo)跨導(dǎo)隨干擾隨干擾增大而減小增大而減小增益增益隨干擾信號(hào)隨干擾信號(hào)增大而減小增大而減小嚴(yán)重嚴(yán)重基波電流為零信號(hào)被基波電流為零信號(hào)被堵塞堵塞指標(biāo)指標(biāo)強(qiáng)信號(hào)堵塞強(qiáng)信號(hào)堵塞 60dB60dB70dB70dB交叉調(diào)制交叉調(diào)制若有用信

27、號(hào)若有用信號(hào)v v1 1相對(duì)較弱，強(qiáng)干擾為調(diào)幅信號(hào)相對(duì)較弱，強(qiáng)干擾為調(diào)幅信號(hào)ttmVvm222cos)cos1 (幅度幅度輸出有用信號(hào)基波：輸出有用信號(hào)基波：tVVaaimm112231cos)23(ttmVVaVatimmm12221311cos)cos1 (23)(有用信號(hào)幅度有用信號(hào)幅度干擾信號(hào)幅度干擾信號(hào)幅度交叉調(diào)制現(xiàn)象交叉調(diào)制現(xiàn)象: : 干擾信號(hào)幅度轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)幅度上干擾信號(hào)幅度轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)幅度上結(jié)果結(jié)果: : 當(dāng)有用信號(hào)是調(diào)幅波時(shí)當(dāng)有用信號(hào)是調(diào)幅波時(shí), ,解調(diào)后解調(diào)后, ,會(huì)聽到干擾臺(tái)的串話音會(huì)聽到干擾臺(tái)的串話音互相調(diào)制互相調(diào)制 兩個(gè)頻率比較接近的干擾信號(hào)輸入到放大器中，兩個(gè)頻

28、率比較接近的干擾信號(hào)輸入到放大器中，3階組合頻率分階組合頻率分量量2 1- 2和和2 2- 1就會(huì)落入基帶頻段，構(gòu)成干擾就會(huì)落入基帶頻段，構(gòu)成干擾輸出電流輸出電流:tVatVatVVaatVVaaimmmmmm)2cos(43)2cos(43 cos)49(cos)49(1233213322311231互調(diào)信號(hào)幅度互調(diào)信號(hào)幅度互調(diào)失真衡量指標(biāo)互調(diào)失真衡量指標(biāo)互調(diào)失真比互調(diào)失真比設(shè)：兩信號(hào)輸入幅度均為設(shè)：兩信號(hào)輸入幅度均為mV輸出基波：輸出基波：33123cos(2)4ma Vt21319()cos4mmaa VVt輸出互調(diào)：輸出互調(diào)：23149mVaa 設(shè)設(shè) ( (即輸入信號(hào)較小，可忽略增益壓

29、縮）即輸入信號(hào)較小，可忽略增益壓縮） 2131334343mmmVaaVaVaIMR互調(diào)失真電壓幅度比互調(diào)失真電壓幅度比: :互調(diào)失真功率比互調(diào)失真功率比: :221233)()(21)43(21IMRVaVaPmmIMR三階互調(diào)截點(diǎn)三階互調(diào)截點(diǎn)三階互調(diào)功率達(dá)到和基波功率相等的點(diǎn)，三階互調(diào)功率達(dá)到和基波功率相等的點(diǎn)，相應(yīng)的輸入功率記為相應(yīng)的輸入功率記為IIP3，相應(yīng)的輸出功率記為，相應(yīng)的輸出功率記為OIP3。PoPiGp3Pi3Gp1Pi201111()2mpiPaVG P3 2303331 3()2 4mpiPa VG P011()10log10logpiPdBGP033()10log30l

30、ogpiPdBGP13ooPP三階互調(diào)截點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率：三階互調(diào)截點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率：31334mmaVa V1343maVa23 21311 3()()22 4mmaVa V例例: :已知已知一放大器的三階互調(diào)截點(diǎn)一放大器的三階互調(diào)截點(diǎn) , ,當(dāng)當(dāng)輸入功率輸入功率 時(shí)時(shí), dBmIIP203dBmPi0求求: :在此輸入功率下的互調(diào)失真比在此輸入功率下的互調(diào)失真比 IMRP解解: :在三階互調(diào)截點(diǎn)處在三階互調(diào)截點(diǎn)處13ooPP3IIPPi由由113()opPGIIP3333()opPGIIP1233()ppGIIPG則互則互調(diào)調(diào)失真比失真比32332113()pioiIMRopiG

31、PPPPPG PIIP用用分貝表示分貝表示3()2 ()2()()IMRiPdBP dBmIIPdBmdBmPi0當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), ,()022040IMRPdBdB PoPiGp3Pi3Gp1Pi互調(diào)干擾在射頻系統(tǒng)中出現(xiàn)的形式互調(diào)干擾在射頻系統(tǒng)中出現(xiàn)的形式:1dB壓縮點(diǎn)與三階截點(diǎn)的關(guān)系壓縮點(diǎn)與三階截點(diǎn)的關(guān)系:(接收接收)相鄰信道相鄰信道1相鄰信道相鄰信道2(發(fā)射的強(qiáng)信號(hào)發(fā)射的強(qiáng)信號(hào))212互調(diào)互調(diào)均由器件的三次方引起均由器件的三次方引起 10logPo10logPiIIP3OIP3IP310logGP110logGP31dB1dB壓縮點(diǎn)130.145im idBaVa13343imIPaVa13

32、0.1459.64/3imdBimIPVdBV 即增益壓縮點(diǎn)的輸入（或輸出）即增益壓縮點(diǎn)的輸入（或輸出）電平要比三階截點(diǎn)電平低約電平要比三階截點(diǎn)電平低約10dB10dB多級(jí)非線性級(jí)聯(lián)特性多級(jí)非線性級(jí)聯(lián)特性討論討論: :系統(tǒng)總的非線性與每一級(jí)的非線性關(guān)系系統(tǒng)總的非線性與每一級(jí)的非線性關(guān)系 兩級(jí)公式兩級(jí)公式:2321133)()(11IIPAIIPIIP多級(jí)公式多級(jí)公式:2212133 13 23 311()()()A AAIIPIIPIIPIIP理解理解: : 1.1.當(dāng)系統(tǒng)的每一級(jí)均有增益時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的每一級(jí)均有增益時(shí)，系統(tǒng)的總的三階互調(diào)截點(diǎn)系統(tǒng)的總的三階互調(diào)截點(diǎn)輸入功率總是小于每一級(jí)的；輸入功

33、率總是小于每一級(jí)的；2.前級(jí)的增益越高，總系統(tǒng)的三階互調(diào)輸入功率越小。前級(jí)的增益越高，總系統(tǒng)的三階互調(diào)輸入功率越小。非線性器件在頻譜搬移中的應(yīng)用非線性器件在頻譜搬移中的應(yīng)用非線性器件非線性器件引起線性放大器失真引起線性放大器失真能能完成頻譜搬移功能完成頻譜搬移功能諧波、組合頻率諧波、組合頻率增益壓縮、互調(diào)失真增益壓縮、互調(diào)失真什么是頻譜搬移？什么是頻譜搬移？混頻混頻調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)121211()v22()v混頻混頻濾波器濾波器或或調(diào)制調(diào)制濾波器濾波器()ccv( )vc解調(diào)解調(diào)低通濾波器低通濾波器c同步信號(hào)同步信號(hào)頻譜搬移的實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的實(shí)現(xiàn)乘法器乘法器121122121212coscos0

34、.5cos()cos() mmmmv vVt VtV Vtt利用非線性器件的二次乘冪項(xiàng)利用非線性器件的二次乘冪項(xiàng)2222122121 22222211222121212()(2)(coscos)cos()cos() mmmma vva vvv va VtVta V Vtt頻譜搬移的特點(diǎn)頻譜搬移的特點(diǎn)產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率( 1, 2)信號(hào)的信號(hào)的 和頻和頻( 1+ 2)信號(hào)和信號(hào)和/或或 差頻差頻( 1- 2)信號(hào)。信號(hào)。頻譜搬移的實(shí)質(zhì)頻譜搬移的實(shí)質(zhì)被搬移的信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化被搬移的信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化頻譜搬移的問(wèn)題頻譜搬移的問(wèn)題由于由于 三次方及三次方以上的各高次方項(xiàng)產(chǎn)生的三

35、次方及三次方以上的各高次方項(xiàng)產(chǎn)生的組合頻率組合頻率 ) 3 ( 21qpqp對(duì)頻譜搬移來(lái)說(shuō)都是對(duì)頻譜搬移來(lái)說(shuō)都是干擾干擾 230123NiiiNiiaa va va va v12ivvv其中其中（1 1）從器件的特性考慮從器件的特性考慮 采用采用平方律平方律特性特性無(wú)高次項(xiàng)無(wú)高次項(xiàng)（2 2）從電路考慮采用從電路考慮采用平衡電路結(jié)構(gòu)平衡電路結(jié)構(gòu)形式形式 -抵消干擾抵消干擾（3 3）從輸入電壓的大小考慮，采用從輸入電壓的大小考慮，采用線性時(shí)變工作線性時(shí)變工作狀態(tài)狀態(tài) 解決方法解決方法線性時(shí)變工作狀態(tài)線性時(shí)變工作狀態(tài)什么是時(shí)變什么是時(shí)變? ?對(duì)什么而言是線性？對(duì)什么而言是線性？?工作條件：工作條件：

36、頻譜搬移的兩個(gè)輸入信號(hào)頻譜搬移的兩個(gè)輸入信號(hào) 一個(gè)是小信號(hào)，一個(gè)是大信號(hào)一個(gè)是小信號(hào)，一個(gè)是大信號(hào)tVtvm111cos)(tVtvm222cos)(mmVV21靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置BEQV大大信號(hào)信號(hào)1( )v t)()(1tvVtVBEQBEQ時(shí)變偏置時(shí)變偏置在在時(shí)變工作點(diǎn)展開時(shí)變工作點(diǎn)展開cici在在時(shí)變工作點(diǎn)展開時(shí)變工作點(diǎn)展開323222210)()()()()(vtavtavtatatic現(xiàn)現(xiàn)工作點(diǎn)工作點(diǎn)是隨是隨 時(shí)變時(shí)變的，所以的，所以 也是隨也是隨 時(shí)變的時(shí)變的 時(shí)變的含義時(shí)變的含義:展開項(xiàng)的系數(shù)展開項(xiàng)的系數(shù) 隨大信號(hào)變化隨大信號(hào)變化ia的變化頻率與大信號(hào)的變化頻率與大信號(hào) 的頻率的

37、頻率 相同相同1( )v t12301 2223 2( )ci taa va va v得：得：230123( )( )( )( )cbeBEQbeBEQbeBEQi taa vVtavVtavVt 1( )v t1( )v tiaia最重要的兩個(gè)系數(shù)最重要的兩個(gè)系數(shù)00( )( )( )( )beBEQcvVta ti tI t1( )( )( )beBEQcmbevVtdia tgtdv當(dāng)當(dāng) 與與 均是非線性時(shí)均是非線性時(shí), ,可以展開為可以展開為: :0( )a t1( )a ttataata1021010002coscos)(tgtggtgtammmm1211012coscos)()(重

38、復(fù)重復(fù)頻率頻率均是大信號(hào)頻率均是大信號(hào)頻率1)(2tv（靜態(tài)與小信號(hào)（靜態(tài)與小信號(hào) 無(wú)關(guān)）無(wú)關(guān)）時(shí)變靜態(tài)電流時(shí)變靜態(tài)電流時(shí)變時(shí)變跨導(dǎo)跨導(dǎo) 將輸入信號(hào)將輸入信號(hào) 轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭娏鞯哪芰D(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭娏鞯哪芰?)(2tv323222210)()()()()(vtavtavtatatic忽略忽略 二次方以上各項(xiàng)二次方以上各項(xiàng)( ( 很小很小) )2( )v t2( )v t對(duì)對(duì)輸出電流輸出電流01202( )( )( )( )( )( )cmi ta ta t vI tgt v t特點(diǎn)特點(diǎn): :僅僅包含小信號(hào)包含小信號(hào) 的線性的線性項(xiàng)項(xiàng), ,不不含含 的諧波的諧波2( )v t2( )v t為什么是線性

39、為什么是線性? ?線性是對(duì)線性是對(duì)小信號(hào)小信號(hào) 而言而言2( )v t01202( )( )( )( )( )( )cmi ta ta t vI tgt v t101121( )( )coscos2mmmma tgtggtgt222( )cosmv tVt頻譜頻譜: :1212頻譜搬移頻譜搬移頻譜搬移功能頻譜搬移功能21p1p干擾頻率干擾頻率干擾頻干擾頻率中減少了小信號(hào)率中減少了小信號(hào) 的的以上的以上的組合頻率組合頻率成分成分 2q線性時(shí)變工作的優(yōu)點(diǎn)：線性時(shí)變工作的優(yōu)點(diǎn)：2其中其中: :靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)的靈敏度接收機(jī)的靈敏度接收機(jī)前端接收機(jī)前端解調(diào)器解調(diào)器,mininP,

40、min()oSRN靈敏度與什么有關(guān)？靈敏度與什么有關(guān)？輸出信噪比輸出信噪比輸入信噪比輸入信噪比輸入信號(hào)輸入信號(hào)FnkTB需要采取兩項(xiàng)措施：需要采取兩項(xiàng)措施：減小系統(tǒng)的噪聲系數(shù)減小系統(tǒng)的噪聲系數(shù)F、減小輸入端的溫度減小輸入端的溫度T。靈敏度計(jì)算靈敏度計(jì)算o,mino,min,mino,min()ooinPPoPPPNNPSNRGGNG其中，其中，KTaBGp是是天線噪聲天線噪聲經(jīng)放大后的輸出；經(jīng)放大后的輸出；N內(nèi)內(nèi)是接收機(jī)是接收機(jī)內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲，可等效為電阻在等效噪聲溫度為，可等效為電阻在等效噪聲溫度為Te時(shí)產(chǎn)生的時(shí)產(chǎn)生的噪聲經(jīng)放大后的輸出。噪聲經(jīng)放大后的輸出。()(1)oaPaePaoPNkT BGNk TT BGk TFT BG內(nèi)因?yàn)椋阂驗(yàn)椋涸O(shè)接收機(jī)的設(shè)接收機(jī)的最低可檢測(cè)輸入功率最低可檢測(cè)輸入功率為：為：對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的最低可輸出功率最低可輸出功率為：為：,mininP,min,minoinPPPG,min0,min()inoPkT FBSNR,mino,min(1)()inaoPk TFT BSNR所以有：所以有：,min,min(dBm)174(dBm/Hz)(dB)10