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(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)2.8.2天線熱噪聲及晶體管噪聲2.8.3噪聲的表示和計(jì)算方法2.8.4減小噪聲系數(shù)的措施2.8.1內(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)

人們收聽廣播時(shí),常常會(huì)聽到“沙沙”聲；觀看電視時(shí),常常會(huì)看到“雪花”似的背景或波紋線,這些都是接收機(jī)中的放大器和其它元器件存在噪聲的結(jié)果。噪聲對(duì)有用信號(hào)的接收產(chǎn)生了干擾,特別是當(dāng)有用信號(hào)較弱時(shí),噪聲的影響就更為突出,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使有用信號(hào)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(jìn)來的,稱為外部噪聲；有的是器件內(nèi)部產(chǎn)生的,稱為內(nèi)部噪聲。本書只介紹內(nèi)部噪聲。

內(nèi)部噪聲源主要有電阻熱噪聲、晶體管噪聲和場(chǎng)效應(yīng)管噪聲三種。2.8.1內(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)

2.8.1.1電阻熱噪聲

電阻熱噪聲是由于電阻內(nèi)部自由電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。在運(yùn)動(dòng)中自由電子經(jīng)常相互碰撞,因而其運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向都是不規(guī)則的。溫度越高,運(yùn)動(dòng)越劇烈。只有當(dāng)溫度下降到絕對(duì)零度時(shí),運(yùn)動(dòng)才會(huì)停止。自由電子這種熱運(yùn)動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)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(huì)在其兩端產(chǎn)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(shí)振幅和瞬時(shí)相位是隨機(jī)的,所以無法計(jì)算其瞬時(shí)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(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)但是,起伏噪聲的均方值是確定的,單位頻帶內(nèi)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(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)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(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)2.8.1內(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)

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(gòu)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(huì)產(chǎn)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(shí)間內(nèi)通過ＰＮ結(jié)的載流子數(shù)目隨機(jī)起伏而造成的。人們將這種現(xiàn)象比擬為靶場(chǎng)上大量射擊時(shí)彈著點(diǎn)對(duì)靶中心的偏離,故稱為散彈噪聲。在本質(zhì)上它與電阻熱噪聲類似,屬于均勻頻譜的白噪聲。2.8.1內(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)３.分配噪聲在晶體管中,通過發(fā)射結(jié)的非平衡載流子大部分到達(dá)集電結(jié),形成集電極電流,而小部分在基區(qū)內(nèi)復(fù)合,形成基極電流。這兩部分電流的分配比例是隨機(jī)的,從而造成集電極電流在靜態(tài)值上下起伏變化,產(chǎn)生噪聲,這就是分配噪聲。分配噪聲實(shí)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(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)

４.閃爍噪聲(1/f噪聲)產(chǎn)生這種噪聲的機(jī)理目前還不甚明了,一般認(rèn)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(diǎn)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(shí),可以忽略閃爍噪聲。2.8.1內(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)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(hào)功率，它不同于天線導(dǎo)體本身的電阻（天線導(dǎo)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(zhì)微粒處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擾動(dòng)的電磁波輻射（噪聲功率），而這種擾動(dòng)輻射被天線接收，然后又由天線輻射出去。當(dāng)接收與輻射的噪聲功率相等時(shí)，天線和周圍介質(zhì)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(nèi)部噪聲的來源與特點(diǎn)若天線無方向性，且處于絕對(duì)溫度為T的無界限均勻介質(zhì)中，則2.8.2線性網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)及計(jì)算1、噪聲系數(shù)在電路某一指定點(diǎn)處的信號(hào)功率與噪聲功率的比，稱為信號(hào)噪聲比，簡(jiǎn)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(hào)信噪比與輸出端信號(hào)信噪比的比值，有用分貝表示為：2.8.2線性網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)及計(jì)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(hào)源內(nèi)阻長城的噪聲通過放大器放大后在輸出端所產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)及計(jì)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(jì)算和測(cè)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(jì)算。（1）額定功率：額定功率是指信號(hào)源所能輸出的最大功率。2.8.2線性網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)及計(jì)算為了使信號(hào)源有最大輸出功率，必須使放大器的輸入電阻與信號(hào)源內(nèi)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(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)及計(jì)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(shí)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(nèi)部噪聲的另一種方法是將內(nèi)部噪聲這算到輸入端，放大器本身則被認(rèn)