LC諧振放大器的噪聲帶寬

#有可能產(chǎn)生爆裂噪聲。從設(shè)計(jì)和調(diào)試的角度出發(fā)，人們更關(guān)心的是整體電路的噪聲特性，而不是各個獨(dú)立的噪聲源的噪聲特性。這就需要定義一些整體電路的噪聲特性指標(biāo)，以便衡量電路噪聲的優(yōu)劣，進(jìn)行不同電路的性能對比，并利用這些指標(biāo)對電路進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。2噪聲系數(shù)和噪聲因數(shù)2.1噪聲系數(shù)(noisefactor)雙極型晶體管、場效應(yīng)管、集成運(yùn)算放大器都有其固有的內(nèi)部噪聲源。當(dāng)衡量一個有源器件的噪聲特性時，人們更關(guān)注信號唄放大和傳遞過程中信噪比的變化情況。為此引入噪聲系數(shù)F這一重要指標(biāo)，以衡量有源器件的噪聲特性的優(yōu)劣。對于圖1所示的線性二端口網(wǎng)絡(luò)e為信號源電壓，R為信號源輸ss出電阻,R為放大器負(fù)載電阻。放大器的輸入噪聲只有R產(chǎn)生熱噪聲。Ls噪聲系數(shù)F為輸出總噪聲功率放大器無噪聲時的輸出噪聲功率輸出總噪聲功率放大器無噪聲時的輸出噪聲功率(2—1)圖1公式中，“放大器無噪聲時的輸出噪聲功率”指的是僅由輸入噪聲經(jīng)放大器引起的輸出噪聲功率。噪聲系數(shù)F表征放大器在放大信號的同時，又使得輸出噪聲增加的程度，F(xiàn)越大，說明放大器內(nèi)部噪聲源在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率占輸出總噪聲功率的比重越大。噪聲系數(shù)F表征二端口網(wǎng)絡(luò)對信噪比的影響的情況。對于一個無噪聲的理想放大器,F=1,；而對于具有內(nèi)部噪聲源的實(shí)際放大器，〉1。F越大，說明放大器內(nèi)部噪聲越嚴(yán)重，放大器導(dǎo)致的信噪比惡化程度就越嚴(yán)重。噪聲系數(shù)歲放大器的偏置電流、工作頻率、溫度及信號源輸出電阻變化而變化。在談及一個放大器的噪聲系數(shù)是多少時，必須說明上述工作條件。此外，噪聲系數(shù)也只適用于線性電路，對于非線性電路，即使電路內(nèi)部沒有任何噪聲源，起輸出端的信噪比也與輸入端不同，噪聲系數(shù)的概念也不再適用。2.2噪聲因數(shù)(noisefigure)噪聲系數(shù)F常用dB表示為噪聲因數(shù)NFNF=10lgF(dB)(2-2)噪聲因數(shù)NF表征在原來不可避免的信號源噪聲之上由放大器增加的噪聲功率多少。利用噪聲因數(shù)NF的對數(shù)特性，可以把噪聲系數(shù)F的相乘運(yùn)算化解為想家運(yùn)算。低噪聲放大器的噪聲因數(shù)小，對于自身不產(chǎn)生任何噪聲的理想運(yùn)算放大器，其噪聲因數(shù)為0dB。噪聲因數(shù)越大,說明放大器的噪聲性越差。低噪聲設(shè)計(jì)的目的就是使放大器的NF值盡量地小。3放大器的噪聲模型任何一個放大器內(nèi)部都有許多噪聲源(包括電阻、晶體管等)，為了使問題簡化，在放大器的噪聲分析、噪聲指標(biāo)計(jì)算及低噪聲電子設(shè)計(jì)中，一般都是把所有內(nèi)部噪聲源都折合到放大器輸入端，用輸入端的等效噪聲源來表示，利用等效噪聲源進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)會帶來很多方便。根據(jù)線性電路理論，任何網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電源都可以等效到網(wǎng)絡(luò)的輸入端，對于噪聲源也可以這樣做。圖2(a)表示的是實(shí)際二端口網(wǎng)絡(luò),將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有噪聲源等效為網(wǎng)絡(luò)輸入端的一個電壓源e和一個n電流源i，如圖2(b)所示。nO實(shí)際二端口網(wǎng)絡(luò)oiff一端口網(wǎng)絡(luò)0(a)二端口網(wǎng)絡(luò)(b)(a)二端口網(wǎng)絡(luò)圖2二端口網(wǎng)絡(luò)及其等效噪聲模型4.放大器的噪聲特性4.1放大器的等效輸入噪聲與信號源電阻關(guān)系前置放大器經(jīng)常使用圖3(1)所示的組態(tài)，圖中的e是被測信號s電壓，R是信號源的輸出電阻。把電阻和放大器用其噪聲模型代替，S可得圖3(2)所是的等效噪聲電路，電阻R的熱噪聲表示為噪聲電s壓源e，e和i分別為放大器等效到輸入端的噪聲電壓和噪聲電流。Rtnno有噪聲放大器NO1^0乩I瓦^=W-r放大器(a)實(shí)際電路(b壓源e，e和i分別為放大器等效到輸入端的噪聲電壓和噪聲電流。Rtnno有噪聲放大器NO1^0乩I瓦^=W-r放大器(a)實(shí)際電路(b)等效噪聲電路圖3放大器連接到信號源輸入電路的總噪聲功率:E2=V2+E2+12R2=4KTRAf+E2+12R2nitnnssnns等效輸入噪聲功率與信號源內(nèi)阻R的關(guān)系S(4—1)E2=V2+E2+12R2=4K7Rf+E2+12R2nitnnssnns式中的T為絕對溫度，Af為電路的帶寬。(4—2)對于內(nèi)部噪聲較嚴(yán)重的普通放大器，E和I數(shù)值較大。nn當(dāng)R阻值s較小時，輸入總噪聲E由E主導(dǎo)；當(dāng)R阻值較大時，輸入總噪聲Eninsni由IR主導(dǎo)。E和I互相交疊淹沒了信號源電阻的熱噪聲，這種情況nsnn如圖4(a)所示。對于低噪聲放大器，E和IR數(shù)值較小，在R的中等數(shù)值范圍，TOC\o"1-5"\h\znnss輸入總噪聲E的主導(dǎo)成分是信號源電阻R的熱噪聲E，只有在R很nists小時，輸入總噪聲由E主導(dǎo)；在R很大時，輸入總噪聲由IR主導(dǎo),nsns如圖4(b)所示。V1Vr+V1Vr+Qird"VQ￡十.Jf十.(a)高噪聲放人器①)低噪聲放大器圖4等效輸入噪聲電壓均方值及其分量對信號源電阻R的關(guān)系s4.2最佳源電阻及噪聲匹配利用圖3(b)的噪聲模型，噪聲系數(shù)F可以根據(jù)放大器輸入等效早生情況來計(jì)算。(4—3)PE24KTRAf+E2+12R2E2+12R2(4—3)TOC\o"1-5"\h\zno—=——ni=snn4=1+——nns-PKP4KTRAf4KTRAfnipniss式中，P為放大器總的輸出噪聲功率；P為信號源電阻熱噪聲noni功率；K為放大器的功率放大倍數(shù)。或?qū)⒃肼曄禂?shù)表示為等效噪聲源p平方根譜密度的形式，即(4—4)F二1+氣+.R2(4—4)4KTRs式(4-3)中只有當(dāng)R為最佳源電阻R時，噪聲系數(shù)F才能達(dá)到最小sso值F，這種情況成為噪聲匹配。min

為了尋求最佳電阻R，將式（4-3）對R求導(dǎo)，在令6FER二0，sos1s得(4-5)R二E/I(4-5)sonn用上式表示的R代替（3-3）中的R,得噪聲系數(shù)最小值Fsosmin(4-6)EI(4-6)N_N-2KTAf表示為等效噪聲源平方根譜密度的形式-N(4-7)SOI-N(4-7)SOIR為最佳源電阻。so5.LC諧振放大器的噪聲帶寬諧振放大器是電視機(jī)、通信接收裝置中常用的高頻信號放大電路,通常LC回路構(gòu)成，如圖5所示。f為回路的諧振頻率，3dB帶寬已0知為Af07=f0/Q,其中Q為LC回路的品質(zhì)因數(shù)。(b)等效電路

圖5LC諧振放大器(4—8)LC諧振放大器的噪聲帶寬為(4—8)恃n=|恃0.7兀由此可見，4fn>Af0.7,當(dāng)n級數(shù)增加時，Afn--4f0.7。參考文獻(xiàn)戴逸松?微弱信號檢測方法及儀器[M].