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第五章 放大电路的噪声. 主要内容. 5.1 概述 [2] 5.2 起伏噪声 [2] 5.3 晶体管与场效应管的噪声 [3] 5.4 信噪比和噪声系数 [1] 5.5 放大器的噪声系数 [3] 5.6 线性系统低噪声设计的考虑 [3]. 本章重点. 5.1 概述 5.2 起伏噪声 5.3 晶体管与场效应管的噪声 5.4 信噪比和噪声系数 5.5 放大器的噪声系数 5.6 线性系统低噪声设计的考虑. 热噪声的分析 对元器件的噪声、放大电路的噪声有较全面的认识 掌握信噪比和噪声系数的定义和分析、应用方法. 5.1 概述. - PowerPoint PPT Presentation
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第五章 放大电路的噪声
主要内容• 5.1 概述 [2]
• 5.2 起伏噪声 [2]
• 5.3 晶体管与场效应管的噪声 [3]
• 5.4 信噪比和噪声系数 [1]
• 5.5 放大器的噪声系数 [3]
• 5.6 线性系统低噪声设计的考虑 [3]
第五章 放大电路的噪声
本章重点5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
• 热噪声的分析– 对元器件的噪声、放大电路的噪声有较全
面的认识– 掌握信噪比和噪声系数的定义和分析、应
用方法
第五章 放大电路的噪声
5.1 概述5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
• 噪声(干扰)分类– 外部干扰
• 天电干扰(宇宙射线、大气 .../ 脉冲型干扰)• 工业干扰(电火花、开关 .../ 脉冲型干扰)• 无线电波(正弦型干扰)
– 内部噪声与干扰• 电源干扰 ( 本身、外部干扰的通路 )
• 调制的量化噪声 ( 模 / 数变换时产生 )
• 电阻、晶体管的热噪声 ( 起伏噪声、随机噪声、白噪声 )
第五章 放大电路的噪声
噪声对信号的干扰5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
• 克服方法– 屏蔽、电路系统的良好设计、及元器件的性能等
第五章 放大电路的噪声
5.2 起伏噪声5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
• 短时间内– 正、负值的无规则起伏电流
• 长时间统计– 满足正态分布– 各方向运动的概率相同 , 电流均值为零 , 但均方
值 ( 功率 ) 不为零。因此 , 可通过噪声电流、噪声电压或噪声电动势的均方值 ( 功率 ) 来衡量噪声的大小
– 实验表明 , 起伏噪声的功率谱密度在 0~107 MHz频谱范围内均匀分布 , 且近似为常数 n0[ W ] 。可用 n0 来衡量起伏噪声的大小
第五章 放大电路的噪声
• 电阻的热噪声– 噪声电压均方值– 4KTRΔf
– 噪声电流均方值– 4KTGΔf
– 功率谱密度 n0 WR(f)=4KTR
– 式中• K 为波尔兹曼常数 1.38×10-23J/K
• T 为电阻的绝对温度• Δf 为电路带宽或等效噪声带宽
• 阻抗的热噪声– 纯电抗(无损耗)不会产生热噪声
一、 电阻及阻抗的热噪声5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• LRC 回路的热噪声 ( 图 5-3 p172)
• 等效噪声噪声带宽• Bn=Δfn =1.57B0.7
二、 阻抗回路的热噪声5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 晶体管噪声– 热噪声
• 由接线电阻和 rb'e 、 rbb' 等产生, rbb' 较大 ( 影响最大 ) 。故低噪声晶体管要求 rbb' 较小。
– 散粒(散弹)噪声• 载流子随机地通过 PN 结 , 到达集电极的载流子数目 (ic) 在平均
值上下起伏 , 其分布类似热噪声。• ∵ 散粒噪声大小∝ ic 工作,∴ 放大器的前级应小电流工作 ( 几
十 μA 级 )
– 分配噪声• 由发射极注入基区的载流子向集电极和基极分配的比例存在随机
性• 有色噪声,随工作频率上升加大, 6dB/10 oct
– 1/f 噪声 ( 闪烁噪声) 10~1000Hz
5.3 晶体管与场效应管的噪声5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 沟道热噪声– 与正向转移跨导 gm 成正比
• 栅极感应噪声– 与 f 工作、 Cgs 成正比、与 gm 成反比
• 栅极散粒噪声– 结型场效应管∝栅级漏电流– MOS 效应管可忽略
• 1/f 噪声 ( 闪烁噪声)– 结型场效应管: 100~1000Hz
– MOS 效应管: 100~1MHz
场效应管的噪声5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 信号噪声比(信噪比)
• 例:– 甲网络输出信噪比
– 乙网络输出信噪比• 则:
– 甲网络输出信噪比优于乙网络– 因两网络的输入信噪比可能不同,不能断定甲网络系
统的噪声性能一定优于乙网络
5.4 信噪比与噪声系数5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 噪声系数的基本定义
– 大于等于 1
• 含网络功率增益 Kp 的 Nf 表示式
二、噪声系数5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 设网络本身产生的噪声,在输出端等效为 Pnn
• 则 Pno=Pni·Kp + Pnn
• 对于理想网络: Pnn = 0 , Nf =1
• 对于实际网络: Pnn > 0 , Nf >1
– ( 实际网络中 , 输入信噪比大于输出信噪比 )
二、噪声系数5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 等效噪声温度 Te=T(Nf -1)=290 (Nf -1) K
– 对于理想网络: Te = 0 , Nf = 1
– 对于实际网络: Te > 0 , Nf > 1
• 例:令 T = 290 K (17摄氏度)– Nf = 0.5dB (Nf =1.12), Te = 35 K
– Nf = 0.8dB (Nf =1.21), Te = 61 K
– Nf = 3 dB (Nf = 2 ), Te = 290 K
– Nf = 7 dB (Nf = 5 ), Te = 1160 K
三、噪声温度5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 一般情况, APA 的乘积很大,所以多级放大器的噪声主要取决于系统的第一、二级
四、多级放大器的噪声系数5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 在规定的输出信噪比时,接收机所需最小的 输入信号电压 ( 功率 ) ,定义为接收机的灵敏度
五、 接收机的灵敏度 5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 晶体管噪声等效电路(图 5-8 p182)
5.5 放大器的噪声系数5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 令信号源内阻 RS>>rbb' , f << fT
放大器的噪声系数5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
最佳信号源内阻 RSopt
( 图 5-9 p183)
最佳集电极电流 Icopt ( 图 5-10 p183)
第五章 放大电路的噪声
• 低噪声放大器的设计考虑– 低噪声、高增益的前级放大电路– 低噪声的元器件 , rbb' 小、 fT高、 hfe 大– 正确选择晶体管放大器的直流工作点
(Icopt)
–选择合适的信号源内阻 (RSopt)
–降低噪声温度
5.6 线性系统低噪声设计的考虑5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
– 用窄带滤波器滤除大幅度的脉冲干扰 ( 图5-11 p186)
• 接收机低噪声设计考虑–减少接收天线的馈线长度 (p180 , 例 2)
–提高天线增益
5.6 线性系统低噪声设计的考虑5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑
第五章 放大电路的噪声
• 5.1 概述 [2]
• 5.2 起伏噪声 [2]
– 理解起伏噪声• 5.3 晶体管与场效应的噪声 [3]
– 晶体管噪声 :1. 热噪声 2. 散粒噪声• 5.4 信噪比和噪声系数 [1]
– 掌握定义和分析、应用方法– 接收机的灵敏度定义
• 5.5 放大器的噪声系数 [3]
• 5.6 线性系统低噪声设计的考虑 [3]
– 理解低噪声放大器的设计考虑
小结5.1 概述5.2 起伏噪
声5.3 晶体管
与场效应管的噪声
5.4 信噪比和噪声系数
5.5 放大器的噪声系数
5.6 线性系统低噪声设计的考虑