第五章放大电路的噪声

通信电路原理

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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5.1 概述5.2 起伏噪

声5.3 晶体管





• 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 )


噪声对信号的干扰5.1 概述5.2 起伏噪

声5.3 晶体管





• 克服方法– 屏蔽、电路系统的良好设计、及元器件的性能等


5.2 起伏噪声5.1 概述5.2 起伏噪

声5.3 晶体管





• 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


• 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






• 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






• 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






• 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






• 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






• 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






• 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






• 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






• 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






• 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






• 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






• 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





最佳信号源内阻 RSopt

( 图 5-9 p183)

最佳集电极电流 Icopt ( 图 5-10 p183)


• 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






– 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






• 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





第五章 放大电路的噪声

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