《通信電子線(xiàn)路》第四章3

1、4.1 電阻熱噪聲電阻熱噪聲 4.4 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器概述高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器概述 4.6 集中選頻放大器集中選頻放大器 4.3 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度4.2 有源器件噪聲有源器件噪聲4.5 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 噪聲是一種噪聲是一種隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)，其頻譜分布于整個(gè)無(wú)線(xiàn)電工作頻，其頻譜分布于整個(gè)無(wú)線(xiàn)電工作頻率范圍，因此它是影響各類(lèi)收信機(jī)性能的主要因素之一。率范圍，因此它是影響各類(lèi)收信機(jī)性能的主要因素之一。 干擾與噪聲的分類(lèi)如下：干擾與噪聲的分類(lèi)如下： 干擾一般指外部干擾，可分為干擾一般指外部干擾，可分為自然自然的和的和人為人為的干擾。的干擾。 自自然干擾

2、有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等。然干擾有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等。 人為干擾主人為干擾主要有工業(yè)干擾和無(wú)線(xiàn)電器的干擾。要有工業(yè)干擾和無(wú)線(xiàn)電器的干擾。 噪聲一般指內(nèi)部噪聲，也可以分為自然的和人為的噪聲。噪聲一般指內(nèi)部噪聲，也可以分為自然的和人為的噪聲。 本章主要討論本章主要討論自然噪聲自然噪聲，對(duì)工業(yè)干擾和天電干擾只做簡(jiǎn)略的，對(duì)工業(yè)干擾和天電干擾只做簡(jiǎn)略的說(shuō)明。說(shuō)明。 4.14.1 電阻熱噪聲電阻熱噪聲 理論上說(shuō)，任何電子線(xiàn)路都有電子噪聲，但是因?yàn)橥ǔ＠碚撋险f(shuō)，任何電子線(xiàn)路都有電子噪聲，但是因?yàn)橥ǔｋ娮釉肼暤膹?qiáng)度很弱，因此它的影響主要出現(xiàn)在有用信號(hào)比電子噪聲的強(qiáng)度很弱，因此它的影響主要出

3、現(xiàn)在有用信號(hào)比較弱的場(chǎng)合，在電子線(xiàn)路中，噪聲來(lái)源主要有兩方面：較弱的場(chǎng)合，在電子線(xiàn)路中，噪聲來(lái)源主要有兩方面： 電電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲，兩者有許多相同的特性。阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲，兩者有許多相同的特性。 1 1 電阻的熱噪聲的產(chǎn)生電阻的熱噪聲的產(chǎn)生 電阻由導(dǎo)體等材料組成，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在一定的溫電阻由導(dǎo)體等材料組成，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在一定的溫度下總是處于度下總是處于“無(wú)規(guī)則無(wú)規(guī)則”的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種熱運(yùn)動(dòng)的方向的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種熱運(yùn)動(dòng)的方向和速度都是隨機(jī)的。和速度都是隨機(jī)的。 自由電子的熱騷動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)形成非常自由電子的熱騷動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)形成非常弱的電流。弱的電流。 由于en呈現(xiàn)正態(tài)分布，所

4、以又稱(chēng)其為高斯噪聲 電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有極寬的頻譜，電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有極寬的頻譜，從零頻一直延伸到從零頻一直延伸到1013Hz以上的頻率，而且它的各個(gè)頻以上的頻率，而且它的各個(gè)頻率分量的強(qiáng)度是相等的。率分量的強(qiáng)度是相等的。 這種頻譜與白色光的光譜類(lèi)這種頻譜與白色光的光譜類(lèi)似，因此將具有均勻連續(xù)的噪聲叫做似，因此將具有均勻連續(xù)的噪聲叫做白噪聲白噪聲，電阻的熱，電阻的熱噪聲就是一種白噪聲。噪聲就是一種白噪聲。 kTBRdteTLimETnTn410221) 熱噪聲電壓和功率譜密度熱噪聲電壓和功率譜密度)/(4)/(422HzAkTGSHzVkTRSIU在單位頻帶內(nèi)，電阻所

5、產(chǎn)生的熱噪聲電壓的均方值為在單位頻帶內(nèi)，電阻所產(chǎn)生的熱噪聲電壓的均方值為噪聲功率譜密度噪聲功率譜密度式中，k為玻耳茲曼常數(shù)，為1.3810-23 J/K；T為熱力學(xué)溫度，單位為K，RR (理想)E2n4 kTBRGI2n4 kTBG(a)(b) 電阻熱噪聲等效電路電阻熱噪聲等效電路 2) 線(xiàn)性電路中的熱噪聲線(xiàn)性電路中的熱噪聲 )(4212221RRkTBEEnn dteeTLimdteTLimETTnTTn2210202)(11電阻熱噪聲通過(guò)兩電阻串聯(lián)結(jié)論：對(duì)于線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲均方電壓等效為網(wǎng)結(jié)論：對(duì)于線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲均方電壓等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的均方電壓。絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的均

6、方電壓。TTTTTTTTdteeTLimedteTLimdteTLimdteeeeTLim0212202202121222101211)2(1 電阻熱噪聲是功率譜電阻熱噪聲是功率譜密度均勻的白噪聲，如圖密度均勻的白噪聲，如圖 (a)所示。但是，當(dāng)它通過(guò)所示。但是，當(dāng)它通過(guò)具有選頻特性的線(xiàn)性電路具有選頻特性的線(xiàn)性電路后，其輸出功率譜密度后，其輸出功率譜密度So(f)將會(huì)發(fā)生變化。若線(xiàn)性電將會(huì)發(fā)生變化。若線(xiàn)性電路的電壓傳輸函數(shù)為路的電壓傳輸函數(shù)為H(jf)，其 功 率 傳 輸 函 數(shù)其 功 率 傳 輸 函 數(shù)H2(f)=|H(jf)|2，如圖，如圖 (b)所所示，則輸出端的噪聲功率示，則輸出端的噪

7、聲功率譜密度為譜密度為2( )( )( )oiSfHfSf 熱噪聲通過(guò)線(xiàn)路電路熱噪聲通過(guò)線(xiàn)路電路 Si( f )f00fH2( f )f00ff00fSo( f )(a)(b)(c) 由于熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性選頻電路后功率譜變?yōu)轭l率的函數(shù)，由于熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性選頻電路后功率譜變?yōu)轭l率的函數(shù)，因此，輸出端的噪聲電壓均方值因此，輸出端的噪聲電壓均方值U2no應(yīng)通過(guò)對(duì)應(yīng)通過(guò)對(duì)So(f)的積分的積分求得，即求得，即2200( )( )( )nooiUSf dfHf Sf df 將上式與圖 (c)對(duì)照可知，So(f)曲線(xiàn)與f軸之間的面積就表示輸出端的噪聲電壓均方值，這就是它的幾何意義。 式式(4.112)表明，

8、電阻熱噪聲通過(guò)線(xiàn)表明，電阻熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性電路后，其輸出電壓均方值是該電阻在頻帶性電路后，其輸出電壓均方值是該電阻在頻帶Bn內(nèi)的熱噪聲電壓均方值的內(nèi)的熱噪聲電壓均方值的H2(f0)倍。通常，倍。通常，電路的電路的H2(f0)已知，只要求出已知，只要求出Bn，即可算出，即可算出U2no。對(duì)于其他噪聲源。對(duì)于其他噪聲源(如晶體管等如晶體管等)來(lái)說(shuō)，只來(lái)說(shuō)，只要是白噪聲或在有效頻帶內(nèi)噪聲功率分布均勻，要是白噪聲或在有效頻帶內(nèi)噪聲功率分布均勻，都可利用式都可利用式(4.112)來(lái)計(jì)算來(lái)計(jì)算U2on。dfSESjHSUonUiUo022)(|H(j)|2U2iSUiU2oSUo 熱噪聲通過(guò)線(xiàn)路電路 LrC

9、LrCSUi 4kTrReXe(a)(b)(c)SUo例：并聯(lián)回路的輸出熱噪聲kTrCjLjrCjSjHSUiUo411)(22 kTrCLrC4)1()1(222 并聯(lián)回路可以等效為并聯(lián)回路可以等效為Re+jXe（圖（圖（c）,現(xiàn)在看上現(xiàn)在看上述輸出噪聲譜密度與述輸出噪聲譜密度與Re、 Xe的關(guān)系。的關(guān)系。2221111)CL(rr)C(RCj)Ljr()Ljr(CjjXReee展開(kāi)化簡(jiǎn)后得 對(duì)比, 可得 eUkTRS40結(jié)論：對(duì)于線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為結(jié)論：對(duì)于線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。

10、輸出端的均方噪聲電壓為（輸出端的均方噪聲電壓為（Q比較高時(shí)）比較高時(shí)）：fkTdffQrCr 4)2(1)(12020 fdSdfSEooUUn02fdffQRkTp 20)2(14QfkTRp240 結(jié)論：對(duì)于線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的均方噪聲電壓等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的均方噪聲電壓，其均方噪聲電壓帶寬由線(xiàn)性系統(tǒng)的帶寬決定。 由于熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性選頻電路后功率譜變?yōu)轭l率的函數(shù)，由于熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性選頻電路后功率譜變?yōu)轭l率的函數(shù)，因此，輸出端的噪聲電壓均方值因此，輸出端的噪聲電壓均方值U2no應(yīng)通過(guò)對(duì)應(yīng)通過(guò)對(duì)So(f)的積分的積分求得，即求得，即2200( )( )( )nooiUSf dfHf Sf d

11、f 將上式與圖 (c)對(duì)照可知，So(f)曲線(xiàn)與f軸之間的面積就表示輸出端的噪聲電壓均方值，這就是它的幾何意義。等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬Bn 定義為一個(gè)幅度是定義為一個(gè)幅度是H2(f0)的矩形功率傳輸特性的頻率的矩形功率傳輸特性的頻率寬度，在該寬度下矩形的面積等于實(shí)際功率傳輸曲線(xiàn)寬度，在該寬度下矩形的面積等于實(shí)際功率傳輸曲線(xiàn)的積分面積，即的積分面積，即22002020()( )( )()nnHfBHf dfHf dfBHf H2(f0)為實(shí)際功率傳輸為實(shí)際功率傳輸特性的最大值。特性的最大值。Bn與與H2(f)的關(guān)系示意圖如圖的關(guān)系示意圖如圖4.6所示。所示。由于兩者面積相等，所以由于兩者面積相

12、等，所以用帶寬為用帶寬為Bn的理想矩形傳的理想矩形傳輸特性來(lái)等效實(shí)際特性，輸特性來(lái)等效實(shí)際特性，其輸出噪聲電壓的均方值其輸出噪聲電壓的均方值不變。不變。 利用等效噪聲帶寬利用等效噪聲帶寬Bn，并考慮到輸入為熱噪聲時(shí)，并考慮到輸入為熱噪聲時(shí)，Si(f)=4kTR,則：則：22200( )( )4()noinUHf Sf dfkTRHfBH2( f )f00fH2( f0 )Bn31/)(RRRRS例例9 求如圖所示網(wǎng)絡(luò)輸出至負(fù)載電阻RL上的噪聲功率和額定噪聲功率。題意分析：題意分析：本題所涉及的網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，討論噪聲問(wèn)題肯定是熱噪聲問(wèn)題。從題意來(lái)看，是要求純電阻網(wǎng)絡(luò)的熱噪聲功率。熱噪聲功率與

13、噪聲均方電壓或均方電流有關(guān)，計(jì)算十分簡(jiǎn)單。需要注意的是，均方噪聲電壓或電流是交流形式的均方值另外，ES為信號(hào)源而非噪聲源。解：解：網(wǎng)絡(luò)總的等效電阻為2nE討論：（1）對(duì)于純電阻網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)電阻產(chǎn)生的熱噪聲大小等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲（包括均方噪聲電壓、電流或功率）。 （2）純電阻網(wǎng)絡(luò)或電阻產(chǎn)生的最大噪聲功率，即額定噪聲功率為kTB。 （3）對(duì)于線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度，其均方噪聲電壓帶寬由線(xiàn)性系統(tǒng)的帶寬決定。網(wǎng)絡(luò)輸出的噪聲功率為網(wǎng)絡(luò)輸出的噪聲功率為kTB)R(TBkRUPmax2224 2222244)RR(TBkRRRkTBR)RRR

14、(RE)RRR(R)RRE(PLLLLLLnLLLLnUomaxUULPP,RR達(dá)到最大值匹配時(shí)時(shí)當(dāng) 2nE 1 1 二極管的噪聲二極管的噪聲 晶體二極管工作狀態(tài)可分為晶體二極管工作狀態(tài)可分為正偏正偏和和反偏反偏兩種。兩種。 正偏使用時(shí)，主要是直流通過(guò)正偏使用時(shí)，主要是直流通過(guò)pn結(jié)時(shí)產(chǎn)生散粒噪聲。結(jié)時(shí)產(chǎn)生散粒噪聲。 反偏使用時(shí)，因反向飽和電流很小，故其產(chǎn)生的散粒噪反偏使用時(shí)，因反向飽和電流很小，故其產(chǎn)生的散粒噪聲也小，如果達(dá)到反向擊穿（如穩(wěn)壓管），又分兩種情況：聲也小，如果達(dá)到反向擊穿（如穩(wěn)壓管），又分兩種情況： 齊納擊穿二極管齊納擊穿二極管主要是散粒噪聲，個(gè)別的有主要是散粒噪聲，個(gè)別的有1

15、/f噪聲噪聲(閃爍噪閃爍噪聲聲)。 雪崩擊穿二極管的噪聲較大，除有散粒噪聲，還有多雪崩擊穿二極管的噪聲較大，除有散粒噪聲，還有多態(tài)噪聲，即其噪聲電壓在兩個(gè)或兩個(gè)以上不同電平上進(jìn)行隨態(tài)噪聲，即其噪聲電壓在兩個(gè)或兩個(gè)以上不同電平上進(jìn)行隨機(jī)轉(zhuǎn)換，不同電平可能相差若干個(gè)毫伏。機(jī)轉(zhuǎn)換，不同電平可能相差若干個(gè)毫伏。 這種多電平工作這種多電平工作是由于結(jié)片內(nèi)雜質(zhì)缺陷和結(jié)寬的變化所引起。是由于結(jié)片內(nèi)雜質(zhì)缺陷和結(jié)寬的變化所引起。 硅二極管工作電壓在硅二極管工作電壓在4V以下是齊納二極管，以下是齊納二極管，7V以上的是以上的是雪崩二極管，雪崩二極管，4V7V之間兩種二極管都有。之間兩種二極管都有。 為了低噪聲使為

16、了低噪聲使用，最好選用低壓齊納二極管。用，最好選用低壓齊納二極管。 4.24.2 有源器件噪聲有源器件噪聲2 2 晶體三極管的噪聲晶體三極管的噪聲 晶體三極管的噪聲是設(shè)備內(nèi)部固有噪聲的另一個(gè)重要來(lái)晶體三極管的噪聲是設(shè)備內(nèi)部固有噪聲的另一個(gè)重要來(lái)源。源。 一般說(shuō)來(lái)，在一個(gè)放大電路中，晶體三極管的噪聲往一般說(shuō)來(lái)，在一個(gè)放大電路中，晶體三極管的噪聲往往比電阻熱噪聲強(qiáng)得多，在晶體三極管中，除了其中某些往比電阻熱噪聲強(qiáng)得多，在晶體三極管中，除了其中某些分布，如基極電阻分布，如基極電阻rbb會(huì)產(chǎn)生熱噪聲外，還有以下幾種噪聲會(huì)產(chǎn)生熱噪聲外，還有以下幾種噪聲來(lái)源。來(lái)源。1).散彈（粒）噪聲散彈（粒）噪聲 在晶

17、體管的在晶體管的PN結(jié)中（包括二極管的結(jié)中（包括二極管的PN結(jié)），每個(gè)載流結(jié)），每個(gè)載流子都是隨機(jī)地通過(guò)子都是隨機(jī)地通過(guò)PN結(jié)的（包括隨機(jī)注入、隨機(jī)復(fù)合）。結(jié)的（包括隨機(jī)注入、隨機(jī)復(fù)合）。 大量載流子流過(guò)結(jié)時(shí)的平均值（單位時(shí)間內(nèi)平均）決定了它大量載流子流過(guò)結(jié)時(shí)的平均值（單位時(shí)間內(nèi)平均）決定了它的直流電流的直流電流I0，因此真實(shí)的結(jié)電流是圍繞，因此真實(shí)的結(jié)電流是圍繞I0起伏的。起伏的。 這種由這種由于載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為于載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為散彈噪聲散彈噪聲，或或散粒噪散粒噪聲聲。012)(qIfS 因?yàn)樯椩肼暫碗娮锜嵩肼暥际前自肼暎懊骊P(guān)于熱噪因?yàn)樯椩肼暫碗娮锜嵩肼?/p>

18、都是白噪聲，前面關(guān)于熱噪聲通過(guò)線(xiàn)性系統(tǒng)的分析對(duì)散彈噪聲也完全適用。聲通過(guò)線(xiàn)性系統(tǒng)的分析對(duì)散彈噪聲也完全適用。 這包括均這包括均方相加的原則，通過(guò)四端網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算以及等效噪聲帶寬等。方相加的原則，通過(guò)四端網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算以及等效噪聲帶寬等。 晶體管中有發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，因?yàn)榘l(fā)射結(jié)工作于正偏，晶體管中有發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，因?yàn)榘l(fā)射結(jié)工作于正偏，結(jié)電流大。結(jié)電流大。 而集電結(jié)工作于反偏，除了基極來(lái)的傳輸電流而集電結(jié)工作于反偏，除了基極來(lái)的傳輸電流外，只有反向飽和電流（它也產(chǎn)生散彈噪聲）。外，只有反向飽和電流（它也產(chǎn)生散彈噪聲）。 因此發(fā)射因此發(fā)射結(jié)的散彈噪聲起主要作用，而集電結(jié)的噪聲可以忽略。結(jié)的散彈噪聲起主要作

19、用，而集電結(jié)的噪聲可以忽略。 晶體管中通過(guò)發(fā)射結(jié)的少數(shù)載流子，大部分由集電極收集，晶體管中通過(guò)發(fā)射結(jié)的少數(shù)載流子，大部分由集電極收集，形成集電極電流，少數(shù)部分載流子被基極流入的多數(shù)載流子形成集電極電流，少數(shù)部分載流子被基極流入的多數(shù)載流子復(fù)合，產(chǎn)生基極電流。復(fù)合，產(chǎn)生基極電流。 由于基極中載流子的復(fù)合也具有隨機(jī)由于基極中載流子的復(fù)合也具有隨機(jī)性，即單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合的載流子數(shù)目是起伏變化的。性，即單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合的載流子數(shù)目是起伏變化的。 晶體管晶體管的電流放大系數(shù)的電流放大系數(shù)、只是反映平均意義上的分配比。只是反映平均意義上的分配比。 這種因這種因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

20、，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(chēng)為晶體管的分配噪聲。稱(chēng)為晶體管的分配噪聲。 分配噪聲本質(zhì)上也是白噪聲，但由于渡越時(shí)間的影響，分配噪聲本質(zhì)上也是白噪聲，但由于渡越時(shí)間的影響，響當(dāng)三極管的工作頻率高到一定值后，這類(lèi)噪聲的功率譜密響當(dāng)三極管的工作頻率高到一定值后，這類(lèi)噪聲的功率譜密度將隨頻率的增加而迅速增大。度將隨頻率的增加而迅速增大。 2). 分配噪聲分配噪聲3). 閃爍噪聲閃爍噪聲 由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好而引起的噪聲稱(chēng)為閃爍噪聲。而引起的噪聲稱(chēng)為閃爍噪聲。 它與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子它與半導(dǎo)體表面少數(shù)

21、載流子的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱(chēng)與頻率近似成反比，又稱(chēng)1/f噪聲噪聲。 因此，它主要在低頻因此，它主要在低頻（如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。（如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。 這種噪聲也存在于這種噪聲也存在于其他電子器件中，某些實(shí)際電阻器就有這種噪聲。其他電子器件中，某些實(shí)際電阻器就有這種噪聲。 晶體管晶體管在高頻應(yīng)用時(shí)，除非考慮它的調(diào)幅、調(diào)相作用，這種噪聲的在高頻應(yīng)用時(shí)，除非考慮它的調(diào)幅、調(diào)相作用，這種噪聲的影響也可以忽略。影響也可以忽略。 共基極放大器噪聲等效電路共基極放大器噪聲等效電路3

22、 3 場(chǎng)效應(yīng)管噪聲場(chǎng)效應(yīng)管噪聲 在場(chǎng)效應(yīng)管中，由于其工作原理不是靠少數(shù)載流子的運(yùn)在場(chǎng)效應(yīng)管中，由于其工作原理不是靠少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，因而散彈噪聲的影響很小。動(dòng)，因而散彈噪聲的影響很小。 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲有以下幾場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲有以下幾個(gè)方面的來(lái)源：個(gè)方面的來(lái)源： 溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲，溝道熱噪聲通過(guò)溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲，溝道熱噪聲通過(guò)溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應(yīng)噪聲，閃爍噪聲。溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應(yīng)噪聲，閃爍噪聲。 必須指出，前面討論的晶體管中的噪聲，在實(shí)際放大器必須指出，前面討論的晶體管中的噪聲，在實(shí)際放大器中將同時(shí)起作用并參與放大。中將同時(shí)起作用并參與放大。 有關(guān)晶體

23、管的噪聲模型和晶有關(guān)晶體管的噪聲模型和晶體管放大器的噪聲比較復(fù)雜，這里就不討論了。體管放大器的噪聲比較復(fù)雜，這里就不討論了。 研究噪聲的目的在于如何減少它對(duì)信號(hào)的影響。研究噪聲的目的在于如何減少它對(duì)信號(hào)的影響。 因此，因此，離開(kāi)信號(hào)談噪聲是無(wú)意義的。離開(kāi)信號(hào)談噪聲是無(wú)意義的。 從噪聲對(duì)信號(hào)影響的效果看，不在于噪聲電平絕對(duì)值的從噪聲對(duì)信號(hào)影響的效果看，不在于噪聲電平絕對(duì)值的大小，而在于信號(hào)功率與噪聲功率的相對(duì)值，大小，而在于信號(hào)功率與噪聲功率的相對(duì)值，即信噪比，記即信噪比，記為為SN（信號(hào)功率與噪聲功率比）（信號(hào)功率與噪聲功率比）。 即便噪聲電平絕對(duì)值即便噪聲電平絕對(duì)值很高，但只要信噪比達(dá)到一定

24、要求，噪聲影響就可以忽略。很高，但只要信噪比達(dá)到一定要求，噪聲影響就可以忽略。 否則即便噪聲絕對(duì)電平低，由于信號(hào)電平更低，即信噪比低否則即便噪聲絕對(duì)電平低，由于信號(hào)電平更低，即信噪比低于于1，則信號(hào)仍然會(huì)淹沒(méi)在噪聲中而無(wú)法辨別。，則信號(hào)仍然會(huì)淹沒(méi)在噪聲中而無(wú)法辨別。 因此信噪比因此信噪比是描述信號(hào)抗噪聲質(zhì)量的一個(gè)物理量。是描述信號(hào)抗噪聲質(zhì)量的一個(gè)物理量。 4.34.3 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度1 1 噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)可由下式表示噪聲系數(shù)可由下式表示 輸輸出出端端信信噪噪比比輸輸入入端端信信噪噪比比 FNnipnanipnonooniioiFPGPPGPPPPPN

25、SNSN 1/)/()/( nooniidBFPPPPN/lg10)( 設(shè)設(shè)Pi為信號(hào)源的輸入信號(hào)功率，為信號(hào)源的輸入信號(hào)功率，Pni為信號(hào)源內(nèi)阻為信號(hào)源內(nèi)阻RS產(chǎn)生的產(chǎn)生的噪聲功率，噪聲功率，Po和和Pno分別為信號(hào)和信號(hào)源內(nèi)阻在負(fù)載上所產(chǎn)生分別為信號(hào)和信號(hào)源內(nèi)阻在負(fù)載上所產(chǎn)生的輸出功率和輸出噪聲功率的輸出功率和輸出噪聲功率,Pna表示線(xiàn)性電路內(nèi)部附加噪聲功表示線(xiàn)性電路內(nèi)部附加噪聲功率在輸出端的輸出率在輸出端的輸出。 描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，其定義為其定義為 已知噪聲功

26、率是與帶寬已知噪聲功率是與帶寬B相聯(lián)系的。相聯(lián)系的。 噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)。定義：噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)。定義：Pni為信號(hào)為信號(hào)源內(nèi)阻源內(nèi)阻Rs的最大輸出功率，為的最大輸出功率，為kTB 噪聲系數(shù)的大小與四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的匹配情況無(wú)噪聲系數(shù)的大小與四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的匹配情況無(wú)關(guān)關(guān) 噪聲系數(shù)的定義只適用于線(xiàn)性或準(zhǔn)線(xiàn)性電路噪聲系數(shù)的定義只適用于線(xiàn)性或準(zhǔn)線(xiàn)性電路 信噪比與負(fù)載的關(guān)系信噪比與負(fù)載的關(guān)系 設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為RS，信號(hào)源的電壓為，信號(hào)源的電壓為US（有效值），（有效值），當(dāng)它與負(fù)載電阻當(dāng)它與負(fù)載電阻RL相接時(shí)，在負(fù)載電阻相接時(shí)，在負(fù)載電阻RL上的信噪比計(jì)上的信噪比計(jì) 算如

27、下：算如下：LLssoRRRUP2信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在RL上的功率上的功率 在負(fù)載兩端的信噪比結(jié)論：在負(fù)載兩端的信噪比結(jié)論： 信號(hào)源與任何負(fù)載相接本不信號(hào)源與任何負(fù)載相接本不影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為何值，其信噪比都不影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為何值，其信噪比都不變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值之比。之比。 LLsnnoR)RR(EP22在負(fù)載兩端的信噪比在負(fù)載兩端的信噪比22nsnoooEUPPNS信號(hào)源在信號(hào)源在RL上的功率上的功率用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù)用額定功率和額定功率增益表示的噪

28、聲系數(shù)放大器輸入信號(hào)源電路如圖所示。放大器輸入信號(hào)源電路如圖所示。 任何信號(hào)源加上負(fù)載后，任何信號(hào)源加上負(fù)載后，其信噪比與負(fù)載大小無(wú)關(guān)其信噪比與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，信噪比均為信號(hào)均方電壓（或，信噪比均為信號(hào)均方電壓（或電流）與噪聲均方電壓（或電流）之比。電流）與噪聲均方電壓（或電流）之比。放大器的噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)NF為為anipaanoanoaoaniaiFPGPP/PP/PN輸出端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比 Pasi和和Pao分別為放大器的輸入和輸出額定信號(hào)功率，分別為放大器的輸入和輸出額定信號(hào)功率，Pani和和Pano分別為放大的輸入和輸出額定噪聲功率，分別為放大的輸入和輸出額定

29、噪聲功率，Gpa為為放大器的額定功率增益。放大器的額定功率增益。以額定功率表示的噪聲系數(shù)以額定功率表示的噪聲系數(shù)2. 噪聲系數(shù)的計(jì)算 額定功率額定功率, 又稱(chēng)資用功率或可用功率又稱(chēng)資用功率或可用功率, 是指信號(hào)源所能輸出是指信號(hào)源所能輸出的最大功率的最大功率, 它是一個(gè)度量信號(hào)源容量大小的參數(shù)它是一個(gè)度量信號(hào)源容量大小的參數(shù), 是信是信號(hào)源的一個(gè)屬性號(hào)源的一個(gè)屬性, 它只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)它只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)內(nèi)阻內(nèi)阻和和電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì), 與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān)與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān), 如圖所示。如圖所示。 SSaiSSaiRIPREP22414 RSESRL RSISRSRL RS(a)(

30、b)（a） 電壓源; （b） 電流源 放大器的噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)NF為為anipaanoanoaoaniaiFPGPPPPPN / 輸出端額定功率信噪比輸出端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比 對(duì)于無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)，輸出端匹配時(shí)，輸出的額定噪聲功率Pano= kTB, 所以噪聲系數(shù):因?yàn)镻ani= kTB, papaGkTBGkTB1 kTBGPPGPNpaanoanipaanoF 抽頭回路的噪聲系數(shù)抽頭回路的噪聲系數(shù) 將信號(hào)源電導(dǎo)等效到回路兩端將信號(hào)源電導(dǎo)等效到回路兩端, 為為p2gS, 等效到回路兩端的信號(hào)源電流為等效到回路兩端的信號(hào)源電流為pIS, 輸出端匹配時(shí)信

31、號(hào)源的最大輸出功率，輸出端匹配時(shí)信號(hào)源的最大輸出功率，即二端網(wǎng)絡(luò)輸出端最大功率為：即二端網(wǎng)絡(luò)輸出端最大功率為：)(4222SSsmogpgIpP 輸入端信號(hào)源的最大輸出功率輸入端信號(hào)源的最大輸出功率,即二端網(wǎng)絡(luò)最大輸入功率為即二端網(wǎng)絡(luò)最大輸入功率為 ： 因此因此, 網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為SSSSssssmosmipmFgpggpgpgggIpgIPPGN2222221)(441pISGSLCGSSsmigIP42例例10 求如圖所示虛線(xiàn)所含網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)。方法一：額定功率增益法SSSERRRRU313 31/)(RRRRS 31312313244RRRRRRERRRRRUPSSSSSs

32、mo SSsmiREP42 US 313123132441RRRRRRERRRRREPPGNSSSSSSsmosmipaF )(3131RRRRRRRSSS 331213122RRRRRRRRRRSSSS 3211)(1RRRRRRSSS 方法二：開(kāi)路電壓法（戴維南定理）UnnipanaFPGPN 1 LSLniSLniiRERRRRRERRRRRUNni2231323132 31 naRanRanPPP 而：而：LSLnRSLnnaRRERRRRRERRRRRUPnR22313213132111 LSSLnRSSLnnaRRERRRRRRERRRRRRUPnR22311233112333 L

33、SLSSLSnipanaFRERRRRRERRRRRRERRRRPGPNninRnR2231322311223133111 SSRRRRRRR23321123)(1 SSSRRRRRR3211)(1 根據(jù)定義, 級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)為3. 級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù) 式中, Pno為總輸出額定噪聲功率, 它由三部分組成: 經(jīng)兩級(jí)放大的輸入信號(hào)源內(nèi)阻的熱噪聲; 經(jīng)第二級(jí)放大的第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的附加噪聲; 第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的附加噪聲, 即21221nanapanipapanoPPGPGGP RLNNanipaanoanoaoaniaiPGPPPPP / 輸出端額定功率信噪比輸出端額定功率信噪比輸入

34、端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比 FN 按噪聲系數(shù)的表達(dá)式按噪聲系數(shù)的表達(dá)式, Pna1和和Pna2可分別表示為可分別表示為kTBGNPGNPkTBGNPGNPpaFnipaFnapaFnipaFna222222111111)1()1()1()1( 則 kTBGNNGkTBNGkTBNGGkTBGPpaFFpaFpaFpapapano)1()1()1(22122121 將上式代入定義，得 1211PaFFFGNNN 多級(jí)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算多級(jí)放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算)1(21321421312111111 npapapaFnpapapaFpapaFpaFFnFGGGNGGGNGGNGNNN多

35、級(jí)放大器噪聲系數(shù)計(jì)算等效圖多級(jí)放大器噪聲系數(shù)計(jì)算等效圖多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)計(jì)算公式為：多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)計(jì)算公式為：NNNN 從上式可以看出, 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益遠(yuǎn)大于1時(shí), 系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)的噪聲系數(shù)。 越是后面的網(wǎng)絡(luò), 對(duì)噪聲系數(shù)的影響就越小, 這是因?yàn)樵降胶蠹?jí)信號(hào)的功率越大, 后面網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對(duì)信噪比的影響就不大了。 因此, 對(duì)第一級(jí)來(lái)說(shuō), 不但希望噪聲系數(shù)小, 也希望增益大, 以便減小后級(jí)噪聲的影響。 ) 1(21321421312111111 npapapaFnpapapaFpapaFpaFFnFGGGNGGGNGGNGNNN多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)計(jì)算公式為：

36、多級(jí)放大器的總噪聲系數(shù)計(jì)算公式為： 例例11 下圖下圖 是一接收機(jī)的前端電路是一接收機(jī)的前端電路, 高頻放大器和高頻放大器和場(chǎng)效應(yīng)管混頻器的噪聲系數(shù)和功率增益如圖所示。場(chǎng)效應(yīng)管混頻器的噪聲系數(shù)和功率增益如圖所示。 試試求前端電路的噪聲系數(shù)求前端電路的噪聲系數(shù)(設(shè)本振產(chǎn)生的噪聲忽略不計(jì)設(shè)本振產(chǎn)生的噪聲忽略不計(jì))。 高頻放大器NF13 dBKP1(dB)10 dBFET混頻器NF26.5 dBKP2(dB)9 dB本地振蕩器至中放 解 將圖中的噪聲系數(shù)和增益化為倍數(shù)將圖中的噪聲系數(shù)和增益化為倍數(shù), 有有47410947102101010650290230111.N.GNG.F.P.FP因此, 前端

37、電路的噪聲系數(shù)為 )dB.(.GNNNPFFF73352350211214 噪聲溫度噪聲溫度 將線(xiàn)性電路的內(nèi)部附加噪聲折算到輸入端將線(xiàn)性電路的內(nèi)部附加噪聲折算到輸入端, 此附此附加噪聲可以用提高信號(hào)源內(nèi)阻上的溫度來(lái)等效加噪聲可以用提高信號(hào)源內(nèi)阻上的溫度來(lái)等效, 這就是這就是“噪聲溫度噪聲溫度”。設(shè)。設(shè) 等效到輸入端的附加噪聲為等效到輸入端的附加噪聲為Pna/GPa, 令增加的溫度為令增加的溫度為T(mén)e, 即噪聲溫度即噪聲溫度, 可得可得BkTGPepana 這樣, TNTTTkTBBkTPBkTNFeeenieF)1(111 )1(21213121 npmpmpmenpmpmepmeeeKKKT

38、KKTKTTT多級(jí)放大器的等效噪聲溫度為：多級(jí)放大器的等效噪聲溫度為： 晶體管放大器的噪聲系數(shù)晶體管放大器的噪聲系數(shù) 根據(jù)下圖所示，共基極放大器噪聲可得各噪聲源在放大器根據(jù)下圖所示，共基極放大器噪聲可得各噪聲源在放大器輸出端所產(chǎn)生的噪聲電壓均方值總和，然后根據(jù)噪聲系數(shù)輸出端所產(chǎn)生的噪聲電壓均方值總和，然后根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可得到放大器的噪聲系數(shù)的計(jì)算公式的定義，可得到放大器的噪聲系數(shù)的計(jì)算公式共基極放大器噪聲等效電路共基極放大器噪聲等效電路20200212)(21ffIIraRrrRRrRrNecesebbssesbbF5 5 噪聲系數(shù)與靈敏度噪聲系數(shù)與靈敏度 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)是用來(lái)衡量部件

39、是用來(lái)衡量部件(如放大器如放大器)和系統(tǒng)和系統(tǒng)(如接收機(jī)如接收機(jī))噪聲性能的。噪聲性能的。 而噪聲性能的好壞，又決定了輸出端的信號(hào)而噪聲性能的好壞，又決定了輸出端的信號(hào)噪聲功率比噪聲功率比(當(dāng)信號(hào)一定時(shí)當(dāng)信號(hào)一定時(shí))。 同時(shí)，當(dāng)要求一定的輸出信同時(shí)，當(dāng)要求一定的輸出信噪比時(shí)，它又決定了輸入端必需的信號(hào)功率，也就是說(shuō)決噪比時(shí)，它又決定了輸入端必需的信號(hào)功率，也就是說(shuō)決定放大或接收微弱信號(hào)的能力。定放大或接收微弱信號(hào)的能力。 對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收微弱信號(hào)的能力，可以用一重對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收微弱信號(hào)的能力，可以用一重要指標(biāo)要指標(biāo)靈敏度來(lái)衡量。靈敏度來(lái)衡量。 所謂所謂靈敏度靈敏度就是保持接收機(jī)輸就是

40、保持接收機(jī)輸出端信噪比一定時(shí)，接收機(jī)輸入的最小電壓或功率出端信噪比一定時(shí)，接收機(jī)輸入的最小電壓或功率(設(shè)接收設(shè)接收機(jī)有足夠的增益機(jī)有足夠的增益)。 例12 某電視接收機(jī)，正常接受時(shí)所需的最小信噪比為20dB，電視接收機(jī)的帶寬為6MHz，接收機(jī)的前端噪聲系數(shù)為10，若信號(hào)源內(nèi)阻為75，問(wèn)接收機(jī)前端輸入的信號(hào)靈敏度應(yīng)多大？解：一般接收機(jī)前端增益有1020dB，所以前端的噪聲系數(shù)為接收機(jī)噪聲系數(shù)10。據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可得：1000101020NSNNSFi在多級(jí)網(wǎng)絡(luò)級(jí)連中，信號(hào)的通頻帶近似等于噪聲帶寬，則輸入的額定噪聲功率為：kTBSPUini則，要求輸入的信號(hào)功率為：pWkTBPNSNPniFs

41、i8 .231062901037. 1100010006230而，功率匹配時(shí)：SSSiREP42VRPESSiS5 .8475108 .2344 12討論：提高靈敏度的方法降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)；降低接收機(jī)前端設(shè)備的溫度T靈敏度（用功率表示）也可表示為：)dB(N)dBMHz(Blg)dB()dBm(PFminSi10114 雖然線(xiàn)性電路雖然線(xiàn)性電路(如晶體管放大器如晶體管放大器)有噪聲模型，但是用計(jì)算有噪聲模型，但是用計(jì)算方法決定噪聲系數(shù)是有一定困難方法決定噪聲系數(shù)是有一定困難(如模型中的一些參數(shù)很難準(zhǔn)如模型中的一些參數(shù)很難準(zhǔn)確得到確得到)的，因此常用測(cè)量的方法來(lái)確定一個(gè)電路和系統(tǒng)的噪的，因此

42、常用測(cè)量的方法來(lái)確定一個(gè)電路和系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。聲系數(shù)。 隨著頻率范圍、隨著頻率范圍、 采用儀器或要求精度不同，有多采用儀器或要求精度不同，有多種測(cè)量噪聲系數(shù)的方法。種測(cè)量噪聲系數(shù)的方法。1) 用噪聲信號(hào)源的測(cè)量方法用噪聲信號(hào)源的測(cè)量方法下圖是一測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成。下圖是一測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成。噪聲噪聲信號(hào)源信號(hào)源待測(cè)待測(cè)放大器放大器輔助輔助放大器放大器均方均方電壓表電壓表6 6 噪聲系數(shù)的測(cè)量噪聲系數(shù)的測(cè)量2) 無(wú)噪聲源的測(cè)量方法無(wú)噪聲源的測(cè)量方法 當(dāng)無(wú)合適的噪聲信號(hào)源，而又要測(cè)量部件或系統(tǒng)的噪當(dāng)無(wú)合適的噪聲信號(hào)源，而又要測(cè)量部件或系統(tǒng)的噪聲系數(shù)時(shí)，可以采用間接的方法，與上圖類(lèi)似，將噪聲信聲系數(shù)時(shí)，可以

43、采用間接的方法，與上圖類(lèi)似，將噪聲信號(hào)源換成一高頻信號(hào)源即可。號(hào)源換成一高頻信號(hào)源即可。 測(cè)量的方法如下：設(shè)信號(hào)源的內(nèi)阻為測(cè)量的方法如下：設(shè)信號(hào)源的內(nèi)阻為RS，并與系統(tǒng)匹，并與系統(tǒng)匹配。配。 首先，關(guān)斷信號(hào)源（保留源電阻），在系統(tǒng)的輸出端首先，關(guān)斷信號(hào)源（保留源電阻），在系統(tǒng)的輸出端測(cè)出噪聲功率值或電壓均方根值。測(cè)出噪聲功率值或電壓均方根值。 然后，加正弦信號(hào)，使然后，加正弦信號(hào)，使輸出電壓遠(yuǎn)大于噪聲電壓值，測(cè)出中心頻率的電壓增益或輸出電壓遠(yuǎn)大于噪聲電壓值，測(cè)出中心頻率的電壓增益或功率增益，再改變信號(hào)源頻率重復(fù)上述測(cè)量。功率增益，再改變信號(hào)源頻率重復(fù)上述測(cè)量。 降低噪聲系數(shù)的措施降低噪聲系數(shù)的

44、措施 根據(jù)上面所討論的結(jié)果，有根據(jù)上面所討論的結(jié)果，有3種經(jīng)常采用的減小噪聲系數(shù)種經(jīng)常采用的減小噪聲系數(shù)的措施。的措施。1. 選用低噪聲器件和元件選用低噪聲器件和元件2. 正確選擇晶體管放大級(jí)的直流工作點(diǎn)正確選擇晶體管放大級(jí)的直流工作點(diǎn)3. 選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻特特點(diǎn)點(diǎn)： 工工作作頻頻率率高高，中中心心頻頻率率幾幾百百 kHz幾幾百百 MHz 具具有有選選頻頻特特性性，一一般般負(fù)負(fù)載載采采用用諧諧振振回回路路 晶晶體體管管工工作作在在線(xiàn)線(xiàn)性性區(qū)區(qū)，可可看看成成線(xiàn)線(xiàn)性性元元件件，可可 用用有有源源四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)參參數(shù)數(shù)微微變變等等效效電電路路來(lái)來(lái)分分析析。4.44.4 高頻

45、小信號(hào)放大器概述高頻小信號(hào)放大器概述主主要要要要求求： （質(zhì)質(zhì)量量指指標(biāo)標(biāo)）通通頻頻帶帶：7 . 0f2B 穩(wěn)穩(wěn)定定性性：指指放放大大器器的的工工作作點(diǎn)點(diǎn)，晶晶體體管管參參數(shù)數(shù)，電電路路元元件件參參數(shù)數(shù)變變化化時(shí)時(shí)，放放大大器器的的穩(wěn)穩(wěn)定定程程度度。即即當(dāng)當(dāng) IC，UCE Au ,rbe f 元元件件參參數(shù)數(shù)變變化化 B 噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：希希望望放放大大器器本本身身產(chǎn)產(chǎn)生生的的噪噪聲聲越越小小越越好好，要要求求噪噪聲聲系系數(shù)數(shù)接接近近 1。以以上上這這些些要要求求相相互互之之間間即即有有聯(lián)聯(lián)系系又又有有矛矛盾盾，例例如如增增益益和和穩(wěn)穩(wěn)定定性性，通通頻頻帶帶和和選選擇擇性性等等。（high

46、 frequency small signal amplifiers）4.5.1 晶體管的高頻小信號(hào)等效模型晶體管的高頻小信號(hào)等效模型 4.5.2 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器 4.5.3 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性CberbbCbcrbcrbeubercegm ube4.5.1 晶體管的高頻小信號(hào)等效模型晶體管的高頻小信號(hào)等效模型晶體管的高頻小信號(hào)等效電路主要有兩種表示方法：晶體管的高頻小信號(hào)等效電路主要有兩種表示方法： 物物理理模模型型等等效效電電路路：混混合合參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路。 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路：y 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路。一一 混

47、合混合參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路注注意意：C bc和和rbb的的存存在在對(duì)對(duì)晶晶體體管管的的高高頻頻運(yùn)運(yùn)用用的的十十分分不不利利的的。 Cbc將將輸輸出出交交流流電電流流反反饋饋到到輸輸入入端端，可可能能會(huì)會(huì)引引起起放放大大器器自自激激。 rbb在在共共基基電電路路中中會(huì)會(huì)引引起起高高頻頻負(fù)負(fù)載載反反饋饋，降降低低晶晶體體管管的的電電流流放放大大系系數(shù)數(shù)。 eb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ube+u1-+u2-i1i2二二 Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 yieyoeyreuceyfeube輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納0uce2oebeuiy 輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納0ubebi

48、eceuiy +ube-+uce-ibic由由上上可可求求出出各各Y參參數(shù)數(shù): 注注意意：以以上上短短路路參參數(shù)數(shù)為為晶晶體體管管本本身身的的參參數(shù)數(shù)，只只與與晶晶體體管管的的特特征征有有關(guān)關(guān)，與與外外電電路路無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)，又又稱(chēng)稱(chēng)為為內(nèi)內(nèi)參參數(shù)數(shù)。導(dǎo)納輸出短路時(shí)的正向轉(zhuǎn)輸0ubecfeceuiy 導(dǎo)納輸入短路時(shí)的反向轉(zhuǎn)輸0ucebrebeuiy ceoebefeccerebeiebofriuyuyiuyuyiuyuyiuyuyi212211yieyoeyreuceyfeube三三 混混合合 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路與與y參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換四四個(gè)個(gè) y 參參數(shù)數(shù)都都是是復(fù)復(fù)數(shù)數(shù)，

49、為為了了計(jì)計(jì)算算方方便便，可可表表示示為為：oeoeoeieieieCjgyCjgy refejrerejfefeeyyeyy CiegiegoeCoebbebebbbebebierCj)gr1(Cjgy bbebebbbcbcbrerCj)gr1(Cjgy bbebebbbmferCj)gr1(gy bbebebbbebcbmbbcbceoerCj)gr1(CjggrCjgy 四四 晶晶體體管管的的高高頻頻參參數(shù)數(shù)1 截截止止頻頻率率 f2 特特 征征 頻頻 率率Tf f0 2/0 Tf f1 ffj10 20)ff(1 有有3 最最高高振振蕩蕩頻頻率率maxf定定義義：晶晶體體管管的的功功

50、率率增增益益1 pG時(shí)時(shí)的的工工作作頻頻率率為為maxf可可以以證證明明：cbebbbmmaxCCr4g21f 以以上上三三個(gè)個(gè)頻頻率率參參數(shù)數(shù)的的大大小小順順序序?yàn)闉椋?fffT max。4.5.2 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器一一、電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和工工作作原原理理下下圖圖為為一一個(gè)個(gè)典典型型的的共共射射極極高高頻頻調(diào)調(diào)諧諧放放大大器器的的實(shí)實(shí)際際電電路路 1 直直流流偏偏置置電電路路 Rb1Rb2ReEc45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc仿真2 高高頻頻交交流流等等效效電電路路放放大大電電路路由由三三部部分分組組成成晶晶體體管管：T輸出回路：輸出回路：LC 并聯(lián)諧振回路

51、，并聯(lián)諧振回路，輸出變壓器輸出變壓器 B2,及負(fù)載及負(fù)載 YL32154B1B2CLyLVT輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路晶體管晶體管45123Rb1Rb2ReyLCbCeCB1B2VTLEc32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-3 放放大大器器 Y 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路其其中中：ieieieCjgy oeoeoeCjgy LLLCjgy +u31-+u21-32154B1B2CLyLVT32154yieyoeyreuceyfeubeCyLL+u54-+u31-+u21-yLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubegoyfeubeyoeY

52、LyLyfeubeyoe把把晶晶體體管管集集電電極極回回路路和和負(fù)負(fù)載載Ly折折合合到到振振蕩蕩回回路路兩兩端端 beiouuupuuA312 31254oupuu +u54-LjCjguypubefe 1131 +u31-其其 中中 ： L22oe21L22oe21oCpCpCCgpgpgg LLLoeoeoeCjgyCjgy )ff2jQ1(gyppLj1CjgyppAoLfe21fe21u +u31-p1yfeubep1yfeube+u31-p1yfeubeyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSCp1yfeubego)ff2jQ1(gyppLj1CjgyppAoLfe21fe

53、21u 其其中中： LCfo 21為為調(diào)調(diào)諧諧放放大大器器的的諧諧振振頻頻率率。另另外外（常常用用） ，當(dāng)當(dāng)諧諧振振時(shí)時(shí)，off ，0 f +u31-由由上上式式可可以以看看出出：一一般般情情況況下下，放放大大器器在在回回路路調(diào)調(diào)諧諧時(shí)時(shí)，輸輸出出電電壓壓與與輸輸入入電電壓壓之之間間的的相相位位差差并并不不是是180o。)21 (12121oLfefevffjQgyppLjCjgyppA LoeofefeogpgpgyppgyppA22212121 歸歸一一化化電電壓壓增增益益為為：22oLo11)ff2Q(11AA 為為放放大大器器諧諧振振曲曲線(xiàn)線(xiàn)。 oAA 如如果果令令21112 oAA即

54、即可可求求出出放放大大器器的的通通頻頻帶帶為為：Lo7.0Qff2B 可可見(jiàn)見(jiàn)：QL B1B BCyppgyppAfefevo 2|2121 BCBfCfQCgooLo 22 CyppBAfevo 2| 21結(jié)論：增益帶寬積恒定結(jié)論：增益帶寬積恒定LoQffB 7 . 02 oAA 17 . 0f2 如如果果令令1 . 02111 . 01 . 0 oLoffQAA 可可 得得 ：Lo21.0Qf110f2 說(shuō)說(shuō)明明諧諧振振曲曲線(xiàn)線(xiàn)與與矩矩形形相相差差較較遠(yuǎn)遠(yuǎn)，選選擇擇性性較較差差，這這是是單單調(diào)調(diào)諧諧放放大大器器的的缺缺點(diǎn)點(diǎn)。1 .0f2 例例7 一中頻放大器線(xiàn)路如圖所示，已知放大器工作頻率

55、為 ，回路電容 ，中頻變壓器接入系數(shù) ， ，線(xiàn)圈品質(zhì)因數(shù) 。晶體管的Y參數(shù)（在工作頻率上）為: ， ， ， ， 。設(shè)后級(jí)輸入電導(dǎo)仍為 ，求：（1）回路有載品質(zhì)因數(shù)和通頻帶；（2）放大器諧振電壓增益；（3）中和電容010.7fMHz50CpF11/0.35pNN22/0.03pNN0100Q 1.0ieGmS41ieCpF180reYjS 40feYmS4.3oeCpF45oeGSieGNCCRQ0LcbC題意分析題意分析：本題是小信號(hào)放大器分析的基本題。由于圖中只有一個(gè)諧振回路，屬于單調(diào)諧回路，根據(jù) 即可計(jì)算，但要注意的是：公式中C等效到回路中的總電容，g為等效到回路中的總電導(dǎo) 由于采用了中和

56、電路，計(jì)算增益時(shí)應(yīng)認(rèn)為放大器本身是穩(wěn)定，而且不必考慮由 引起的反饋。本題的關(guān)鍵在于回路中的總電容、總電阻到底由哪些元件組成的。SQCg 6 .331001050107 .1014. 32126000 解解：（1）由于 為回路的總電容，g為回路的總電阻。Cg包括三個(gè)部分組成：回路本身的損耗以及三極管輸出電導(dǎo)和后級(jí)輸入電導(dǎo)等效到回路中的損耗。回路本身的損耗，即回路本身的并聯(lián)諧振電導(dǎo)為晶體管輸出電阻折合到回路兩端的電阻為Sgpgoeoe 5 . 5104535. 06221 下一級(jí)輸入電阻折合到回路兩端的電阻為Sgpgieie 9 . 0100 . 103. 03222 則回路兩端總電阻為Sgggg

57、oeieL 40 同樣，可以求得回路總電容為：pFCpCpCCCCCoeieoeie54.503 . 435. 04103. 050222122 因此9 .841040/1054.50107 .1014. 32/61260 gCQL KHzQfBL1269 .84107 .10607 . 0 （2）諧振時(shí)的電壓增益為5 .101040/104003. 035. 0/63210 gYppAfeu討論討論：本題中回路中的總電容是由回路本身的電容C以及三極管的輸入電容、輸出電容分別折合到回路中構(gòu)成的，應(yīng)注意電容的折合與電阻、電感應(yīng)注意電容的折合與電阻、電感是不同的是不同的；回路的總電阻包括回路本身的

58、諧振電阻以及三極管的輸入電阻、輸出電阻分別折合到回路中三個(gè)部分。在不同的應(yīng)用時(shí)，等效所包含的內(nèi)容是不一樣的，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。cbCNNN 11（3） 中和電容pFCNNNNcb44. 168. 265. 035. 0/1/11 cb21 CNNCN三、多級(jí)單調(diào)諧放大器若單級(jí)放大器的增益不能滿(mǎn)足要求，就要采用多級(jí)放大器若單級(jí)放大器的增益不能滿(mǎn)足要求，就要采用多級(jí)放大器設(shè)設(shè)放放大大器器有有 n 級(jí)級(jí)，各各級(jí)級(jí)的的電電壓壓增增益益分分別別為為un3u2u1uAA,A,A，則則總總電電壓壓增增益益nA為為：un3u2u1unAAAAA 而而諧諧振振時(shí)時(shí)的的電電壓壓總總增增益益為為：n0u03u02

59、u01u0nAAAAA Au1Au2Aun12n1 LonnnQffB12217 . 0 222207 .00011011211nnLnuunuunnffQAAAAAA 歸歸一一化化電電壓壓增增益益為為：1100Qff2n1L01.0 121100Kn1n11.0 （2）n級(jí)放大器的矩形系數(shù)級(jí)放大器的矩形系數(shù)圖示電路為一單調(diào)諧回路中頻放大器，晶體管3DG6C 的直流工作點(diǎn)是 V CE 8V， I E 2 mA；工作頻率 f 0 10.7 MHz；調(diào)諧回路采用中頻變壓器L 13 4H， Q 0 100，其抽頭為 N 12 5 圈， N 13 = 20圈， N 45 = 5圈。已知晶體管參數(shù)如下：

60、g ie 2860 S； C ie 18 pF ；goe 200S； C oe 7pF； y fe 45mS； ? fe 54 o；y re 0.31 mS； ? re 88.5 o試計(jì)算放大器的：1）單級(jí)電壓增益 A v0 ；2）單級(jí)通頻帶2 f 0.7 ；3）四級(jí)的總電壓增益（A V0 ）4 4）四級(jí)的總通頻帶 （2 f 0.7）4 5）如四級(jí)的總通頻帶 保持和單級(jí)的通頻帶2f 0.7 相同， 則單級(jí)的通頻帶應(yīng)加寬多少？四級(jí)的總電壓增益下降多少？此時(shí)，單級(jí)放大器的負(fù)載回路應(yīng)并聯(lián)上一個(gè)多大的電阻？yieyreuceyfeubeyoeYSyL4.5.3 高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性高頻調(diào)諧放大器的穩(wěn)