高頻電子線路第二章(上課2-2)

2.8放大器中的噪聲2.8.1內部噪聲的來源與特點2.8.2天線熱噪聲及晶體管噪聲2.8.3噪聲的表示和計算方法2.8.4減小噪聲系數(shù)的措施2.8.1內部噪聲的來源與特點

人們收聽廣播時,常常會聽到“沙沙”聲；觀看電視時,常常會看到“雪花”似的背景或波紋線,這些都是接收機中的放大器和其它元器件存在噪聲的結果。噪聲對有用信號的接收產生了干擾,特別是當有用信號較弱時,噪聲的影響就更為突出,嚴重時會使有用信號淹沒在噪聲之中而無法接收。噪聲的種類很多。有的是從器件外部竄擾進來的,稱為外部噪聲；有的是器件內部產生的,稱為內部噪聲。本書只介紹內部噪聲。

內部噪聲源主要有電阻熱噪聲、晶體管噪聲和場效應管噪聲三種。2.8.1內部噪聲的來源與特點

2.8.1.1電阻熱噪聲

電阻熱噪聲是由于電阻內部自由電子的熱運動產生的。在運動中自由電子經常相互碰撞,因而其運動速度的大小和方向都是不規(guī)則的。溫度越高,運動越劇烈。只有當溫度下降到絕對零度時,運動才會停止。自由電子這種熱運動在導體內形成非常微弱的電流,這種電流呈雜亂起伏的狀態(tài),稱為起伏噪聲電流。起伏噪聲電流流過電阻本身就會在其兩端產生起伏噪聲電壓。由于起伏噪聲電壓的變化是不規(guī)則的,其瞬時振幅和瞬時相位是隨機的,所以無法計算其瞬時值。起伏噪聲電壓的平均值為零,噪聲電壓正是不規(guī)則地偏離此平均值而起伏變化。2.8.1內部噪聲的來源與特點但是,起伏噪聲的均方值是確定的,單位頻帶內的噪聲電壓均方值可表示為：或表示為噪聲電流的均方值：2.8.1內部噪聲的來源與特點串并聯(lián)電阻的噪聲：1、串聯(lián)電阻的噪聲：2、并聯(lián)電阻的噪聲：2.8.1內部噪聲的來源與特點2.8.1內部噪聲的來源與特點

2.8.1.2晶體管噪聲晶體管噪聲主要包括以下四部分。

１.熱噪聲構成晶體管的發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的體電阻和引線電阻均會產生熱噪聲,其中以基區(qū)體電阻rbb′的影響為主。

２.散彈噪聲(散粒噪聲)散彈噪聲是晶體管的主要噪聲源。它是由單位時間內通過ＰＮ結的載流子數(shù)目隨機起伏而造成的。人們將這種現(xiàn)象比擬為靶場上大量射擊時彈著點對靶中心的偏離,故稱為散彈噪聲。在本質上它與電阻熱噪聲類似,屬于均勻頻譜的白噪聲。2.8.1內部噪聲的來源與特點３.分配噪聲在晶體管中,通過發(fā)射結的非平衡載流子大部分到達集電結,形成集電極電流,而小部分在基區(qū)內復合,形成基極電流。這兩部分電流的分配比例是隨機的,從而造成集電極電流在靜態(tài)值上下起伏變化,產生噪聲,這就是分配噪聲。分配噪聲實際上也是一種散彈噪聲,但它的功率頻譜密度是隨頻率變化的,頻率越高,噪聲越大。2.8.1內部噪聲的來源與特點

４.閃爍噪聲(1/f噪聲)產生這種噪聲的機理目前還不甚明了,一般認為是由于晶體管表面清潔處理不好或有缺陷造成的,其特點是頻譜集中在約１kＨｚ以下的低頻范圍,且功率頻譜密度隨頻率降低而增大。在高頻工作時,可以忽略閃爍噪聲。2.8.1內部噪聲的來源與特點2.8.1.3天線熱噪聲天線等效電路由輻射電阻和電抗組成，即輻射電阻只表示天線接收或輻射信號功率，它不同于天線導體本身的電阻（天線導體本身電阻近似等于零。）所以，就天線本身而言，熱噪聲是非常小的。但是，天線周圍的介質微粒處于熱運動狀態(tài)。這種熱運動產生擾動的電磁波輻射（噪聲功率），而這種擾動輻射被天線接收，然后又由天線輻射出去。當接收與輻射的噪聲功率相等時，天線和周圍介質處于熱平衡狀態(tài)，因此天線中存在噪聲的作用。熱平衡狀態(tài)下，天線中熱噪聲電壓為：2.8.1內部噪聲的來源與特點若天線無方向性，且處于絕對溫度為T的無界限均勻介質中，則2.8.2線性網絡的噪聲系數(shù)及計算1、噪聲系數(shù)在電路某一指定點處的信號功率與噪聲功率的比，稱為信號噪聲比，簡稱信噪比。用S/N表示，或。

放大器噪聲系數(shù)是指，放大器輸入端信號信噪比與輸出端信號信噪比的比值，有用分貝表示為：2.8.2線性網絡的噪聲系數(shù)及計算若用功率增益描述噪聲系數(shù)，則有：為放大器的功率增益。表示信號源內阻長城的噪聲通過放大器放大后在輸出端所產生的噪聲功率，用表示。則上式可表示為：而，則有：必須注意，噪聲系數(shù)僅適用于線性電路2.8.2線性網絡的噪聲系數(shù)及計算圖

說明額定功率和額定功率增益的示意圖2、額定功率和額定功率增益為了計算和測量的方便，噪聲系數(shù)也可以用額定功率和額定功率增益來計算。（1）額定功率：額定功率是指信號源所能輸出的最大功率。2.8.2線性網絡的噪聲系數(shù)及計算為了使信號源有最大輸出功率，必須使放大器的輸入電阻與信號源內阻相匹配，即：則有：額定輸入噪聲功率為：輸出端同理。2.8.2線性網絡的噪聲系數(shù)及計算（2）額定功率增益額定功率增益是指放大器的輸入端和輸出端分別匹配時的功率增益，即：噪聲系數(shù)為：

2.8.3噪聲溫度表示放大器內部噪聲的另一種方法是將內部噪聲這算到輸入端，放大器本身則被認