第六章-雙極型晶體管噪聲特性

1、半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性Physics of Semiconductor Devices2007,3,30半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2 2q噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù)q晶體管的噪聲源晶體管的噪聲源q電子器件和放大器的噪聲等效電路電子器件和放大器的噪聲等效電路q降低器件本身噪聲的方法降低器件本身噪聲的方法q常見(jiàn)噪聲、干擾的簡(jiǎn)單識(shí)別方法常見(jiàn)噪聲、干擾的簡(jiǎn)單識(shí)別方法半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器

2、件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性3 3 噪聲噪聲是指落入信息信號(hào)通帶內(nèi)的任何不需要的信號(hào)是指落入信息信號(hào)通帶內(nèi)的任何不需要的信號(hào)圖圖1 噪聲對(duì)信號(hào)的影響噪聲對(duì)信號(hào)的影響 干擾干擾由系統(tǒng)外部產(chǎn)生的噪聲由系統(tǒng)外部產(chǎn)生的噪聲 失真失真由系統(tǒng)電路產(chǎn)生的由系統(tǒng)電路產(chǎn)生的線(xiàn)性失真和非線(xiàn)性失真線(xiàn)性失真和非線(xiàn)性失真6.1 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù)半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性4 4噪聲噪聲非相關(guān)噪聲非相關(guān)噪聲:相關(guān)噪聲相關(guān)噪聲:

3、無(wú)論信息信號(hào)是否出現(xiàn)無(wú)論信息信號(hào)是否出現(xiàn),在任何在任何時(shí)間都存在時(shí)間都存在僅在信息信號(hào)出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生，信僅在信息信號(hào)出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生，信號(hào)的失真和無(wú)用信號(hào)的干擾等號(hào)的失真和無(wú)用信號(hào)的干擾等都屬于相關(guān)噪聲。都屬于相關(guān)噪聲。非相關(guān)噪聲還可以劃分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲兩大類(lèi)。非相關(guān)噪聲還可以劃分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲兩大類(lèi)。1、外部噪聲：、外部噪聲：其主要來(lái)源有：其主要來(lái)源有：大氣噪聲大氣噪聲、宇宙噪聲宇宙噪聲和和人為噪聲人為噪聲(工業(yè)干擾工業(yè)干擾)。外部噪聲又稱(chēng)外界環(huán)境噪聲，它是通過(guò)通信系統(tǒng)的天線(xiàn)進(jìn)外部噪聲又稱(chēng)外界環(huán)境噪聲，它是通過(guò)通信系統(tǒng)的天線(xiàn)進(jìn)入而形成干擾的。入而形成干擾的。 半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南

4、京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性5 5圖圖2 多種源的平均無(wú)線(xiàn)電噪聲功率譜密度，確定了通信接收機(jī)的噪聲系數(shù)多種源的平均無(wú)線(xiàn)電噪聲功率譜密度，確定了通信接收機(jī)的噪聲系數(shù)半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性6 62、內(nèi)部噪聲、內(nèi)部噪聲: 內(nèi)部噪聲主要來(lái)自通信系統(tǒng)內(nèi)部電路器件，電路中內(nèi)部噪聲主要來(lái)自通信系統(tǒng)內(nèi)部電路器件，電路中的電阻是無(wú)源器件噪聲源，而二極管、晶體三極管和場(chǎng)的電阻是無(wú)源器件噪聲源，而二極管、晶體三極管和場(chǎng)效應(yīng)管等則是有源

5、器件噪聲源。效應(yīng)管等則是有源器件噪聲源。 這些噪聲源所產(chǎn)生的噪聲可分為這些噪聲源所產(chǎn)生的噪聲可分為熱噪聲熱噪聲、散粒噪聲散粒噪聲、 1/f噪聲噪聲、分配噪聲分配噪聲和和閃爍噪聲閃爍噪聲等。等。 散粒噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲等是由有源器件產(chǎn)散粒噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲等是由有源器件產(chǎn)生的。生的。 熱噪聲則在無(wú)源和有源器件中都會(huì)出現(xiàn)。熱噪聲則在無(wú)源和有源器件中都會(huì)出現(xiàn)。 半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性7 7噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 用信號(hào)功率用信號(hào)功率S與噪聲功率與噪聲功率N之比，即之比，即信噪比信噪比S

6、N來(lái)衡量信來(lái)衡量信號(hào)的質(zhì)量。號(hào)的質(zhì)量。信噪比信噪比SN越大，信號(hào)質(zhì)量越好。越大，信號(hào)質(zhì)量越好。定義輸入信噪比和輸出信噪比的比值為定義輸入信噪比和輸出信噪比的比值為噪聲因數(shù)噪聲因數(shù)F，即，即ooiiNSNSF 輸入信噪功率比輸入信噪功率比 輸出信噪功率比輸出信噪功率比 F表明電路的噪聲性能表明電路的噪聲性能半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性8 8 將噪聲因數(shù)將噪聲因數(shù)F用對(duì)數(shù)表示，就是用對(duì)數(shù)表示，就是噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)NF，即，即FNFlg10 ooiiNSNSlg10 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)NF表明當(dāng)一個(gè)

7、信號(hào)從電路的輸入傳到輸出表明當(dāng)一個(gè)信號(hào)從電路的輸入傳到輸出端時(shí)，信噪比惡化的程度。例如，噪聲系數(shù)為端時(shí)，信噪比惡化的程度。例如，噪聲系數(shù)為3dB的放大器的放大器表明輸出端的信噪比比輸入端小表明輸出端的信噪比比輸入端小3dB。對(duì)一個(gè)理想的無(wú)噪聲對(duì)一個(gè)理想的無(wú)噪聲放大器，放大器，噪聲因數(shù)噪聲因數(shù)F=1，噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)NF=0dB。半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性9 9多級(jí)級(jí)聯(lián)電路總多級(jí)級(jí)聯(lián)電路總噪聲系數(shù)的計(jì)算噪聲系數(shù)的計(jì)算設(shè)設(shè)輸入、輸出信號(hào)功率為輸入、輸出信號(hào)功率為Si 、So，輸入、輸出噪聲功率

8、為，輸入、輸出噪聲功率為Ni 、No。第一級(jí)的輸入噪聲。第一級(jí)的輸入噪聲Ni1和第二級(jí)的輸入噪聲和第二級(jí)的輸入噪聲Ni2分別是各級(jí)分別是各級(jí)電路內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率，即電路內(nèi)電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率，即Ni1=Ni2= kTB。第一級(jí)的輸出噪聲功率第一級(jí)的輸出噪聲功率:1111AioNNGN 1111 )1 (iANGFN 第一級(jí)電路的第一級(jí)電路的內(nèi)部噪聲功率內(nèi)部噪聲功率: : 第一級(jí)電路的噪聲因數(shù)第一級(jí)電路的噪聲因數(shù) ioSSG11 第一級(jí)的功率增益第一級(jí)的功率增益 半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲

9、特性1010 同理，可求得同理，可求得第二級(jí)電路的內(nèi)部噪聲功率第二級(jí)電路的內(nèi)部噪聲功率 :2222)1(iANGFN 第一級(jí)電路的內(nèi)部噪聲功率第一級(jí)電路的內(nèi)部噪聲功率: 兩級(jí)的輸出噪聲功率兩級(jí)的輸出噪聲功率: : 212121AAioNNGNGGN 1111 )1 (iANGFN 2221211)1(iiNGFNGGF 半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性1111 推廣，推廣，n級(jí)級(jí)聯(lián)電路的總噪聲因數(shù)級(jí)級(jí)聯(lián)電路的總噪聲因數(shù) :兩級(jí)級(jí)聯(lián)電路總噪聲因數(shù)兩級(jí)級(jí)聯(lián)電路總噪聲因數(shù): 1211GFFF )1(2

10、1213121111 nnGGGFGGFGFFF結(jié)論：為了降低多級(jí)電路總噪聲系數(shù)，往往要盡量降低第一級(jí)、結(jié)論：為了降低多級(jí)電路總噪聲系數(shù)，往往要盡量降低第一級(jí)、第二級(jí)的噪聲系數(shù)。這就是接收機(jī)的前端放大器（第一級(jí)或第二第二級(jí)的噪聲系數(shù)。這就是接收機(jī)的前端放大器（第一級(jí)或第二級(jí)電路）必須采用低噪聲放大器的原因。級(jí)電路）必須采用低噪聲放大器的原因。 半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性1212噪聲溫度噪聲溫度電路的噪聲溫度是用以表征該電路噪聲特性的一個(gè)理電路的噪聲溫度是用以表征該電路噪聲特性的一個(gè)理想溫度

11、，與噪聲系數(shù)具有固定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。想溫度，與噪聲系數(shù)具有固定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。規(guī)定右圖中規(guī)定右圖中 為信號(hào)源內(nèi)阻為信號(hào)源內(nèi)阻 在假想在假想溫度溫度 時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓均方值，時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓均方值， 該該假想溫度假想溫度 即為電路的噪聲溫度。即為電路的噪聲溫度。2eusReTeT半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性13130(1)eTFT其中其中 為電路實(shí)際溫度為電路實(shí)際溫度0T當(dāng)電路內(nèi)部噪聲較大時(shí)，用噪聲系數(shù)描述較方便，可以避免很當(dāng)電路內(nèi)部噪聲較大時(shí)，用噪聲系數(shù)描述較方便，可以避免很長(zhǎng)的數(shù)字；當(dāng)電路內(nèi)部噪聲

12、較小時(shí)，用噪聲溫度描述電路的噪長(zhǎng)的數(shù)字；當(dāng)電路內(nèi)部噪聲較小時(shí)，用噪聲溫度描述電路的噪聲特性具有較大優(yōu)越性。聲特性具有較大優(yōu)越性。注意：以上分析只有當(dāng)電路產(chǎn)生的噪聲也是白噪聲時(shí)才正確。注意：以上分析只有當(dāng)電路產(chǎn)生的噪聲也是白噪聲時(shí)才正確。半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性14146.2 晶體管的噪聲源晶體管的噪聲源晶體管中，主要三種噪聲源：晶體管中，主要三種噪聲源：熱噪聲熱噪聲、散粒噪聲散粒噪聲、1/1/f噪聲。噪聲。 1、熱噪聲、熱噪聲: 熱噪聲熱噪聲(布朗噪聲布朗噪聲)由電阻由電阻(或?qū)w或?qū)w

13、)內(nèi)的自由電子熱運(yùn)內(nèi)的自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。自由電子的熱運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)產(chǎn)生的。自由電子的熱運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。 1927年貝爾實(shí)驗(yàn)室的約翰遜（年貝爾實(shí)驗(yàn)室的約翰遜（JBJohnson）通過(guò)實(shí)）通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了熱噪聲的平均功率正比于帶寬和溫度的乘積驗(yàn)證明了熱噪聲的平均功率正比于帶寬和溫度的乘積:kTBN N噪聲功率（即噪聲平均功率，單位噪聲功率（即噪聲平均功率，單位W）；）；B帶寬（帶寬（Hz）；）；KJk/1038. 123 T絕對(duì)溫度（絕對(duì)溫度（K）（室溫）（室溫=27+273=300K）在絕對(duì)溫度為零時(shí)，沒(méi)有自由電子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，即熱噪聲為零。在絕對(duì)溫度為零時(shí)，沒(méi)有自由電子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，即熱噪聲為零

14、。半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性1515 工程中噪聲功率常用對(duì)數(shù)函數(shù)功率單位工程中噪聲功率常用對(duì)數(shù)函數(shù)功率單位dBm表示，一個(gè)表示，一個(gè)dBm的對(duì)數(shù)函數(shù)表達(dá)式為：的對(duì)數(shù)函數(shù)表達(dá)式為： 001. 0lg10)(kTBNdBm 由式中可知，由式中可知，1mV功率為功率為0dBm。N1mw時(shí)，時(shí)，dBm為正，為正，N1mw時(shí)，則時(shí)，則dBm為負(fù)值。為負(fù)值。BkTlg10001. 0lg10 在室溫在室溫17，對(duì)任何帶寬的噪聲功率可用下式計(jì)算，對(duì)任何帶寬的噪聲功率可用下式計(jì)算)(lg10174 )(m

15、dBmdBBN 半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性1616 001. 0lg10)(kTBNdBm BkTlg10001. 0lg10 討論討論: 1、在整個(gè)頻段內(nèi)，當(dāng)溫度一定時(shí)，在固定帶寬的任何、在整個(gè)頻段內(nèi)，當(dāng)溫度一定時(shí)，在固定帶寬的任何頻率范圍，其熱噪聲功率是個(gè)定值。頻率范圍，其熱噪聲功率是個(gè)定值。熱噪聲熱噪聲的功率的功率在頻譜上是均勻分布在頻譜上是均勻分布的的白噪聲白噪聲 2、N是指是指熱噪聲源的額定輸出功率熱噪聲源的額定輸出功率，即電阻熱噪聲源可，即電阻熱噪聲源可能輸出的最大功率。能輸出

16、的最大功率。N僅與溫度（僅與溫度（T）和通帶（）和通帶（B）有關(guān)，與本身電阻和負(fù)載無(wú)關(guān)）有關(guān)，與本身電阻和負(fù)載無(wú)關(guān) 半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性1717功率譜密度與噪聲帶寬功率譜密度與噪聲帶寬 在最壞情況下，噪聲功率傳在最壞情況下，噪聲功率傳送到負(fù)載送到負(fù)載R上的條件是上的條件是R=RN 噪聲源等效電路噪聲源等效電路RURUkTBNNN4)2(22 噪聲電壓均方值噪聲電壓均方值:kTRBUN42 在單位帶寬（在單位帶寬（1Hz）內(nèi)的噪聲電壓均方值：）內(nèi)的噪聲電壓均方值：kTRUN42 電壓均

17、方電壓均方頻譜密度頻譜密度電阻熱噪聲的電阻熱噪聲的功率譜密度功率譜密度S(f )半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性1818 由于由于帶通帶通線(xiàn)性系統(tǒng)的濾波作線(xiàn)性系統(tǒng)的濾波作用，濾除了熱噪聲中的一部用，濾除了熱噪聲中的一部分頻率分量，使其頻率發(fā)生分頻率分量，使其頻率發(fā)生了變化，功率頻譜密度變成了變化，功率頻譜密度變成了頻率的函數(shù)。了頻率的函數(shù)。 圖圖4 熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性電路對(duì)功率頻譜密熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性電路對(duì)功率頻譜密度的變化度的變化系統(tǒng)輸出端的噪聲電壓均方值：系統(tǒng)輸出端的噪聲電壓均方值：dffHfSdf

18、fSUioNo 0202)()()(半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性1919 工程中將系統(tǒng)功率傳輸函數(shù)工程中將系統(tǒng)功率傳輸函數(shù)H2(f )曲線(xiàn)與曲線(xiàn)與f 軸之間的面積與功軸之間的面積與功率傳輸函數(shù)的比值定義為率傳輸函數(shù)的比值定義為BN，即，即 圖圖5 等效噪聲帶寬示意圖等效噪聲帶寬示意圖dffHfSdffSUioNo 0202)()()(等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬)()(202oNfHdffHB 為為f = fo時(shí)的時(shí)的功率傳輸函數(shù)值功率傳輸函數(shù)值半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與

19、工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2020 NoNoBfkTRHU)(422 電阻熱噪聲通過(guò)帶通線(xiàn)性系統(tǒng)后，其輸出電壓均方值是電阻熱噪聲通過(guò)帶通線(xiàn)性系統(tǒng)后，其輸出電壓均方值是熱噪聲功率譜密度熱噪聲功率譜密度S(f )與功率傳輸函數(shù)與功率傳輸函數(shù)H2(f )和等效噪聲帶寬和等效噪聲帶寬BN的乘積。的乘積。 電阻熱噪聲或在有效帶寬內(nèi)功率分布均勻的噪聲，都可以電阻熱噪聲或在有效帶寬內(nèi)功率分布均勻的噪聲，都可以由上式來(lái)求得輸出噪聲電壓均方值。由上式來(lái)求得輸出噪聲電壓均方值。 如晶體三極管的發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的半導(dǎo)體體電阻和如晶體三極管的發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集

20、電區(qū)的半導(dǎo)體體電阻和三個(gè)極的引線(xiàn)電阻等都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲、場(chǎng)效應(yīng)管的溝道熱噪三個(gè)極的引線(xiàn)電阻等都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲、場(chǎng)效應(yīng)管的溝道熱噪聲等聲等半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性21212 2、散粒噪聲、散粒噪聲是電子管和晶體管器件中產(chǎn)生的一種電流噪聲，是載流子不均是電子管和晶體管器件中產(chǎn)生的一種電流噪聲，是載流子不均勻通過(guò)勢(shì)壘區(qū)時(shí)造成的電流微小起伏。勻通過(guò)勢(shì)壘區(qū)時(shí)造成的電流微小起伏。在場(chǎng)效應(yīng)管中，主要導(dǎo)電電流不流經(jīng)勢(shì)壘，只是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管在場(chǎng)效應(yīng)管中，主要導(dǎo)電電流不流經(jīng)勢(shì)壘，只是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵極反向電流通過(guò)柵

21、極反向電流通過(guò)PNPN結(jié)，有不大的散粒噪聲。結(jié)，有不大的散粒噪聲。散彈噪聲具有白噪聲性質(zhì)，散彈噪聲具有白噪聲性質(zhì)，電流噪聲譜密度為：電流噪聲譜密度為：( )2iSfqII：通過(guò)勢(shì)壘電流的通過(guò)勢(shì)壘電流的平均值平均值q：電子電荷電子電荷半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性22223、 1/f 噪聲噪聲電阻的低頻噪聲來(lái)源于電阻中導(dǎo)電微粒的不連續(xù)性，又名閃電阻的低頻噪聲來(lái)源于電阻中導(dǎo)電微粒的不連續(xù)性，又名閃爍噪聲，或稱(chēng)接觸噪聲。爍噪聲，或稱(chēng)接觸噪聲。22( )DeKI RSffk：常數(shù)，與電阻常數(shù)，與電阻材

22、料及制造工藝有材料及制造工藝有關(guān)關(guān)DI：流過(guò)電阻的直流過(guò)電阻的直流電流流電流過(guò)剩噪聲具有很強(qiáng)的低頻譜密度，過(guò)剩噪聲具有很強(qiáng)的低頻譜密度，在高頻時(shí)則強(qiáng)度急劇減小，又名在高頻時(shí)則強(qiáng)度急劇減小，又名1/f噪聲，是低頻電子線(xiàn)路中的主噪聲，是低頻電子線(xiàn)路中的主要噪聲源。要噪聲源。半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2323爆裂噪聲實(shí)質(zhì)上是由一系列幅度較大而脈沖寬度又不相等爆裂噪聲實(shí)質(zhì)上是由一系列幅度較大而脈沖寬度又不相等的隨機(jī)脈沖構(gòu)成的，又名尖峰噪聲的隨機(jī)脈沖構(gòu)成的，又名尖峰噪聲爆裂噪聲是由于爆裂噪聲是由于半

23、導(dǎo)體材料的缺半導(dǎo)體材料的缺陷陷( (如結(jié)晶位錯(cuò)、如結(jié)晶位錯(cuò)、重金屬雜質(zhì)凝聚重金屬雜質(zhì)凝聚) )而造成的而造成的1/f 噪聲噪聲 (爆裂噪聲爆裂噪聲)主要是由于三極管表面清潔不好或有缺主要是由于三極管表面清潔不好或有缺陷而造成的，其強(qiáng)度還與半導(dǎo)體材料的純度及外加電壓有陷而造成的，其強(qiáng)度還與半導(dǎo)體材料的純度及外加電壓有關(guān)。關(guān)。半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2424在雙極型晶體三極管中，由于載流子在基區(qū)中的隨機(jī)復(fù)在雙極型晶體三極管中，由于載流子在基區(qū)中的隨機(jī)復(fù)合過(guò)程所引起的合過(guò)程所引起的I IB B

24、、I IC C 分配比例變化所產(chǎn)生的噪聲即為分配比例變化所產(chǎn)生的噪聲即為分配噪聲分配噪聲。CBII、由于基區(qū)復(fù)合狀態(tài)與工作頻率有關(guān)，因而分配不是白噪聲，由于基區(qū)復(fù)合狀態(tài)與工作頻率有關(guān)，因而分配不是白噪聲，噪聲電流功率譜密度為噪聲電流功率譜密度為20220|( )21|21iCcpSfqIor diqICdf半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2525多個(gè)噪聲源作用于電路時(shí)的計(jì)算多個(gè)噪聲源作用于電路時(shí)的計(jì)算若多個(gè)噪聲源是相互獨(dú)立的，則其總效果是個(gè)別噪若多個(gè)噪聲源是相互獨(dú)立的，則其總效果是個(gè)別噪聲源單獨(dú)

25、作用的均方值相加聲源單獨(dú)作用的均方值相加( (即功率相加即功率相加) )。若它們之間不是相互獨(dú)立無(wú)關(guān)的，則視其相關(guān)程度若它們之間不是相互獨(dú)立無(wú)關(guān)的，則視其相關(guān)程度不同而有所差別。不同而有所差別。半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2626在低頻及中頻區(qū)，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電流噪聲比晶體管的電流在低頻及中頻區(qū)，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電流噪聲比晶體管的電流噪聲小得多；在高頻段時(shí)，電流噪聲可能變得比晶體管還要大噪聲小得多；在高頻段時(shí)，電流噪聲可能變得比晶體管還要大絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管一般不適宜作低噪聲前放，但在源電阻很絕

26、緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管一般不適宜作低噪聲前放，但在源電阻很大時(shí)可以采用大時(shí)可以采用常用有源器件的噪聲性能比較：常用有源器件的噪聲性能比較：適當(dāng)選擇晶體管的工作點(diǎn)可使噪聲系數(shù)達(dá)到最小值；但當(dāng)工適當(dāng)選擇晶體管的工作點(diǎn)可使噪聲系數(shù)達(dá)到最小值；但當(dāng)工作點(diǎn)降低時(shí)，可能使噪聲系數(shù)減小而信噪比得不到應(yīng)有的提作點(diǎn)降低時(shí)，可能使噪聲系數(shù)減小而信噪比得不到應(yīng)有的提高高低噪聲放大器中采用穩(wěn)壓管作為電源使用時(shí)最好選用齊納二低噪聲放大器中采用穩(wěn)壓管作為電源使用時(shí)最好選用齊納二極管；若在穩(wěn)壓管兩端并聯(lián)大容量電容可進(jìn)一步減小噪聲極管；若在穩(wěn)壓管兩端并聯(lián)大容量電容可進(jìn)一步減小噪聲6.4 6.4 降低器件本身噪聲的方法降低器件本身噪聲

27、的方法半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2727選用合適的放大電路：三種組態(tài)連接的噪聲系數(shù)差別不大，選用合適的放大電路：三種組態(tài)連接的噪聲系數(shù)差別不大，特別是在低頻時(shí)差別更小?？筛鶕?jù)其他因素確定特別是在低頻時(shí)差別更小。可根據(jù)其他因素確定共射組態(tài)可減小后級(jí)噪聲的影響共射組態(tài)可減小后級(jí)噪聲的影響共集組態(tài)有較高的輸入阻抗共集組態(tài)有較高的輸入阻抗共集和共基組態(tài)有較好的頻率響應(yīng)共集和共基組態(tài)有較好的頻率響應(yīng)半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的

28、噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2828空間電磁耦合造成的干擾，根據(jù)不同的具體條件，有時(shí)靜電感應(yīng)是主要的，空間電磁耦合造成的干擾，根據(jù)不同的具體條件，有時(shí)靜電感應(yīng)是主要的，有時(shí)磁感應(yīng)是主要的，干擾頻率有高有低，從而抑制方法也有所不同有時(shí)磁感應(yīng)是主要的，干擾頻率有高有低，從而抑制方法也有所不同, ,對(duì)對(duì)于靜電干擾來(lái)說(shuō)，分布電容越大，干擾信號(hào)頻率越高，被干擾部件對(duì)地阻于靜電干擾來(lái)說(shuō)，分布電容越大，干擾信號(hào)頻率越高，被干擾部件對(duì)地阻抗越大，則產(chǎn)生的干擾越嚴(yán)重抗越大，則產(chǎn)生的干擾越嚴(yán)重磁干擾是通過(guò)干擾源和被磁干擾是通過(guò)干擾源和被干擾部件之間的互感耦合干擾部件之間的互感耦合造成的，電路中的磁性材造成的，電

29、路中的磁性材料元件是重要的磁干擾源。料元件是重要的磁干擾源。帶磁芯的電感對(duì)磁干擾最帶磁芯的電感對(duì)磁干擾最敏感敏感半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體管的噪聲特性2929減小雜散電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾的方法：使電路結(jié)構(gòu)及布線(xiàn)合理化采用屏蔽靜電屏蔽采用電導(dǎo)率高的材料更為有效，此時(shí)應(yīng)該將干擾源或被干擾部件接地磁屏蔽以采用高磁導(dǎo)率的材料制作更好，磁屏蔽以采用高磁導(dǎo)率的材料制作更好，其結(jié)構(gòu)可以使將干擾源或被干擾部件用屏其結(jié)構(gòu)可以使將干擾源或被干擾部件用屏蔽罩屏蔽起來(lái)，也可以將其隔離蔽罩屏蔽起來(lái)，也可以將其隔離對(duì)于傳輸弱信號(hào)又處于干擾電磁場(chǎng)中的遠(yuǎn)距離傳輸線(xiàn)，可以采用屏蔽線(xiàn)并采用多點(diǎn)接地方式；且露在屏蔽層外的線(xiàn)越短越好還可在合適時(shí)，在前置放大器的輸入端采用選頻濾波器和差動(dòng)線(xiàn)路來(lái)抑制干擾半導(dǎo)體器件物理半導(dǎo)體器件物理南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院雙極型晶體管的噪聲特性雙極型晶體