高频小信号放大器.ppt

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1、4 高频小信号放大器,4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数,4.3 单调谐回路谐振放大器,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,4.5 双调谐回路谐振放大器,4.1 概述,4.7 谐振放大器的常用电路和 集成电路谐振放大器,4.8 场效应管高频小信号放大器,4.9 放大器中的噪声,4.10 噪声的表示和计算方法,4.6 谐振放大器的稳定性与稳定措施,4 高频小信号放大器,高频放大器和低频放大器比较：二者的工作频率范围和所需通过的频带宽度都有所不同，因此采用的负载也不相同。低频放大器的工作频率低，但整个工作频带宽度很宽。采用无调谐负载，如电阻、有铁心的变压器。高频放大器的中心频率一般在几百kHz到

2、几百MHz，频带（所需通过的频率范围）和中心频率相比往往是很小的。或者只工作于某一频率，因此一般都是采用选频网络组成谐振放大器或非谐振放大器。,4.1 概述,高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。,4.1 概述,几十V几mV,1V左右,普通调幅无线电广播所占带宽应为kHz，电视信号的带宽为Mz左右。,4.1 概述,高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。,高频小信号放大器,谐振放大器（窄带）,非谐振放大器（宽带）,LC集中滤波

3、器,石英晶体滤波器,陶瓷滤波器,声表面波滤波器,（调谐与非调谐）,高频小信号放大器的分类,本章重点讨论晶体管单级窄带谐振放大器。,4.1 概述,高频小信号放大器的主要质量指标,1)增益：（放大系数）,电压增益：,分贝表示：,功率增益：,2)通频带：,4.1 概述,高频小信号放大器的主要质量指标,3)选择性,矩形系数：表示与理想滤波特性的接近程度。,：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。,4.1 概述,高频小信号放大器的主要质量指标,抑制比：表示对某个干扰信号fn 的抑制能力，用d表示。,4.1 概述

4、,3)选择性,：从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。,高频小信号放大器的主要质量指标,4)工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。,基本共射极放大电路,稳Q共射极放大电路,一般的不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。不稳定状态的极端情况是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。,4.1 概述,出于分析的方便，将把稳定性问题及其改善放至最后讨论。,低频小信号模型,高频小信号模型,高频小

5、信号放大器的主要质量指标,4.1 概述,4)工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。,高频小信号放大器的分析方法,晶体管工作在线性区，可看成线性元件，可用有源四端网络参数微变等效电路来分析。,4.1 概述,4.2 晶体管高频小信号等效电路与参数,4.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）,4.2.2 混合等效电路,4.2.3 混合等效电路参数与 形式等效电路参数的转换,4.2.4 晶体管的高频参数,4.2.1 形式等效电路,因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗并联组成，采用导纳分析比较方便，为此,引入晶体管

6、的y（导纳）参数等效电路。,图 4.2.1 晶体管共发射极电路,图 4.2.2 参数等效电路,4.2.1 形式等效电路,式中：,称为输出短路时的输入导纳；,称为输入短路时的反向传输导纳；,称为输出短路时的正向传输导纳；,称为输入短路时的输出导纳。,（4.2.1）,（4.2.2）,图 4.2.3晶体管放大器及其参数等效电路,放大器输入导纳Yi,4.2.1 形式等效电路,以上各式消去 和，得,(4.2.6),4.2.1 形式等效电路,输入导纳Yi与负载导纳YL有关，这反映了晶体管有内部反馈，而这个内部反馈是由反向传输导纳yre所引起的。,图 4.2.3晶体管放大器及其参数等效电路,(4.2.6),

7、图 4.2.3 晶体管放大器及其参数等效电路,放大器输出导纳Yo,4.2.1 形式等效电路,以上各式消去 和，得,(4.2.9),图 4.2.3 晶体管放大器及其参数等效电路,放大器输出导纳Yo,4.2.1 形式等效电路,(4.2.9),输出导纳Y0与信号源导纳YS有关，这也反映了晶体管存在内部反馈，而这个内部反馈也是由yre所引起的。,4.2.1 形式等效电路,电压增益,上式说明，晶体管的正向传输导纳yfe越大，则放大器的增益也越大。负号说明，如果yfe，yoe，YL均为实数，则 和 相位差180o。,4.2.2 混合等效电路,y（导纳）参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。,图 4.2.

8、4 混合等效电路,优点：各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。缺点：分析电路不够方便。,y（导纳）参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。,图 4.2.4 混合等效电路,4.2.2 混合等效电路,为晶体管的跨导。,图 4.2.5 参数及混合等效电路,4.2.3 等效电路参数的转换,b-b/点,（4.2.13）,b/点,4.2.3 等效电路参数的转换,b/点,（4.2.14）,c点,（4.2.15）,式中,图 4.2.5 参数及混合等效电路,4.2.3 等效电路参数的转换,（4.2.13）,（4.2.14）,（4.2.15）,（4.2.16）,（4.2.17）,4.2.3 等效电路参数的转换,（

9、4.2.16）,（4.2.17）,（4.2.1）,（4.2.2）,通常满足,可得,（4.2.18）,（4.2.19）,4.2.3 等效电路参数的转换,（4.2.20）,（4.2.21）,其中,（4.2.18）,（4.2.19）,4.2.3 等效电路参数的转换,令,则由式（4.2.18-4.2.21),（4.2.26）,（4.2.27）,（4.2.28）,（4.2.29）,4.2.4 晶体管的高频参数,1.截止频率（）,（4.2.30）,（4.2.31）,4.2.4 晶体管的高频参数,当f fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。,4.2.4 晶

10、体管的高频参数,2.特征频率（）,（4.2.31）,（4.2.32）,（4.2.33）,4.2.4 晶体管的高频参数,2.特征频率,图4.2.6 截止频率和特征频率,可以粗略计算在某工作频率f f的电流放大系数。,（4.2.34）,3.最高振荡频率fmax,f fmax后，Gp1，晶体管已经不能得到功率放大。,由于晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自激振荡器的必要条件，所以也不能使晶体管产生振荡。,4.2.4 晶体管的高频参数,可证,（4.2.35）,通常，为使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体管的实际工作频率应等于最高振荡频率的,4、电荷储存效应,4.2.4 晶体管的高频参数,

11、正向导电是少数载流子的现象叫做电荷储存效应。,电荷储存效应使晶体管的高频性能变坏。,4.3 单调谐回路谐振放大器,4.3.1 电压增益,4.3.2 功率增益,4.3.3 通频带与选择性,4.3.4 级间耦合网络,4.3 单调谐回路谐振放大器,通常需要多级放大器来提供足够高的增益和足够好的选择性，从而为下一级（例如混频和检波）提供性能良好的有用信号。,几十V几mV,1V左右,高频小信号放大器的电路分析包括：1.多级分单级，2.静态分析，3.动态分析，4.整合系统几个基本步骤。,1.多级分单级,前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器的负载。,4.3 单调谐回路谐振放大器,1.多级分

12、单级,4.3 单调谐回路谐振放大器,前级放大器是本级放大器的信号源；后级放大器是本级放大器的负载。,其简化规则：交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。,结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；,2.静态分析,画出直流等效电路，,4.3 单调谐回路谐振放大器,其简化规则：有交流输入信号，所有直流量为零；所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路L、C保留）,1)画出交流等效电路，,3.动态分析,4.3 单调谐回路谐振放大器,+u31-,+v21-,2)画出交流小信号等效电路，,负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数,晶体管集、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数,4

13、.3 单调谐回路谐振放大器,图4.3.1 单调谐回路谐振放大器的原理性电路与等效电路,4.3 单调谐回路谐振放大器,4.3.1 电压增益,(4.2.10),由式（4.2.10）,放大器的电压增益为：,(4.3.1),式中,为晶体管的输出导纳。,为晶体管在输出端1、2两点之间看来的负载,导纳，即下级晶体管输入导纳与LC谐振回路折算至1、2两点间的等效导纳。,图4.3.1,4.3 单调谐回路谐振放大器,为计算方便，用（3.3.23）将所有元件参数都折算到LC回路两端，得到图4.3.2(a),再进一步化简为图4.3.2(b)，即为并联谐振回路。,（3.3.23）,图4.3.2 单调谐放大器的电路参数

14、都折算到LC回路两端时的等效负载网络,4.3 单调谐回路谐振放大器,图4.3.2,（3.3.23）,图中,LC回路两端看来的总等效导纳为,4.3 单调谐回路谐振放大器,LC回路两端看来的总等效导纳为,由式（4.3.1）,(4.3.1),图4.3.1,由图4.3.1(a)可知，本级的实际电压增益应为。,放大器电压增益可写成：,(4.3.2),4.3 单调谐回路谐振放大器,本级的实际电压增益应为,图4.3.1,又因为,(4.3.2),(4.3.3),4.3 单调谐回路谐振放大器,本级的实际电压增益应为,(4.3.3),图4.3.2,由图4.3.2(b)可知,由式（4.3.3），谐振时，电压增益为：

15、,(4.3.4),4.3 单调谐回路谐振放大器,(4.3.3),则,4.3 单调谐回路谐振放大器,4.3 单调谐回路谐振放大器,由上式知，放大器的谐振曲线与并联谐振电路相同。,放大器的谐振曲线,4.3 单调谐回路谐振放大器,求获得最大的功率增益时的接入系数,谐振点的电压增益为,(4.3.4),负载导纳YL与晶体管电路的输出导纳匹配时，可获得最大的功率增益。,匹配的条件为：,图4.3.3谐振时的简化等效电路,即,(4.3.5),4.3 单调谐回路谐振放大器,匹配的条件为：,即,(4.3.6),(4.3.5),4.3 单调谐回路谐振放大器,匹配时所需的接入系数值为,(4.3.7),（4.3.6）、

16、（4.3.7）代入（4.3.4）得,(4.3.4),(4.3.8),(4.3.6),下面求匹配时的电压增益,4.3.2 功率增益,整个收、发机系统的功率增益是其一项重要性能指标，因此需要考虑高频小信号放大器的功率增益水平。由于在非谐振点上计算功率十分复杂，且一般用处不大，故主要讨论谐振时的功率增益：,图4.3.3谐振时的简化等效电路,4.3.2 功率增益,故谐振时的功率增益为,(4.3.9),(4.3.9),4.3.2 功率增益,(4.3.10),讨论：,则可得最大功率增益为：,i)如果设LC调谐回路自身元件无损耗，且输出回路传输匹配。,4.3.2 功率增益,(4.3.11),(4.3.8),

17、讨论：ii)如果LC调谐回路存在自身损耗，且输出回路传输匹配,4.3.2 功率增益,引入插入损耗K1,4.3.2 功率增益,回路的无载Q值为,回路的有载Q值为,即,4.3.2 功率增益,用分贝（dB）表示。则有,(4.3.12),(4.3.13),4.3.2 功率增益,考虑插入损耗后,匹配时的功率增益为,此时的电压增益为,(4.3.14),(4.3.15),4.3.2 功率增益,从功率传输的观点看,希望满足匹配条件,以获得,但从降低噪声的观点看,必须使噪声系数最小,这时可能不能满足最大功率增益条件.可证明,采用共发射极电路时,最大功率增益与最小噪声系数可近似地同时获得满足.在工作频率较高时,则

18、采用共基极电路可以同时获得最小噪声系数与最大功率增益.,(4.3.14),4.3.3 通频带与选择性,通过分析放大器幅频特性来揭示其通频带与选择性。,可见越高，则通频带越窄。,1.通频带,1.通频带,4.3.3 通频带与选择性,(4.3.20),故：,4.3.3 通频带与选择性,(4.3.20),通常，对宽带放大器，要使放大量大，则要求,尽量小。这是曲线不稳定是次要的。反之，对窄带放大器，则要求 大些，使谐振曲线稳定。,2.选择性（矩形系数）,1,不论其Q值为多大，其谐振曲线和理想的矩形相差甚远。,4.3.3 通频带与选择性,4.3.4 级间耦合网络,图4.3.4 单调谐放大器的级间耦合网络形

19、式,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器。,如果各级放大器是由完全相同的单级放大器所组成，则,(4.4.1),(4.4.2),1、电压增益,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,2、谐振曲线,由单级调谐回路,（4.4.3）,多级调谐回路（m级相同的放大器）,2、谐振曲线,图4.4.1多极放大器的谐振曲线,级数越多，谐振曲线越尖锐。,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,3、通频带,（4.4.4）,解得，m级放大器的通频带为：,（4.4.5）,令,（4.4.5）,即,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,3、通频带,为单级放大

20、器的通频带。,m级放大器总的通频带比单级放大器的通,频带缩小了，且级数越多，总通频带越窄。,图4.4.1多极放大器的谐振曲线,（4.4.6）,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,若需m级总通频带等于原单级的通频带，则每级的通频带要相应地加宽，即必须降低每级回路的QL。此时,（4.4.5）,由,（4.4.7）,称为带宽缩减因子。,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,例4.4.1 若f0=30MHZ,所需通频带为4MHZ，求（1）在m=1，m=2，m=3时，所需的回路QL。（2）在m=1，m=2，m=3时，每单级的通频带为多少？,解（1）m=1时，,m=2时，,m=3时，,可见，m越大，每级回路所需的

21、QL值越低。,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,m=1时，总通频带即为单级通频带,m=2时，单级通频带,m=3时，单级通频带,（2）,可见，所要求的通频带一定时，m越大，每级所能通过的通频带应越宽。,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,4、选择性（矩形系数）,m级单调谐放大器的矩形系数为,（4.4.8）,表4.4.1,表4.4.1,4.4 多级单调谐回路谐振放大器,距离。,(4.3.20),4.5 双调谐回路谐振放大器,单调谐回路,越大，增益越低，即加宽频带是以降低,增益为代价的。,4.5 双调谐回路谐振放大器,单调谐回路放大器的选择性较差，增益和通频带的矛盾比较突出，为此，可采用双调谐回路放大

22、器。,图4.5.1双调谐回路放大器及其等效电路,4.5 双调谐回路谐振放大器,假设电感L1=L2，,初、次级回路总电容,折合到初、次级回路的导纳,回路谐振角频率,初、次级回路有载品质因数,4.5 双调谐回路谐振放大器,图4.5.1（c）是典型的并联型互感耦合回路，3.5耦合回路 所得结论对图4.5.1（c）都适用。,图4.5.1双调谐回路放大器及其等效电路,（3.5.17）,4.5 双调谐回路谐振放大器,1、电压增益,由,得,则,（4.5.1）,4.5 双调谐回路谐振放大器,即双调谐回路电压增益的表达式为,（4.5.2）,（4.5.1）,4.5 双调谐回路谐振放大器,（4.5.1）,不同，双调

23、谐回路电压增益的三种情况：,据,（1）弱耦合,图4.5.2 对应于不同的双调谐回路放大器的谐振曲线,4.5 双调谐回路谐振放大器,图4.5.2 对应于不同的双调谐回路放大器的谐振曲线,（2）临界耦合,（4.5.1）,（3）强耦合,双峰位置在,4.5 双调谐回路谐振放大器,不同，双调谐回路放大器谐振曲线的三种情况：,图4.5.2 对应于不同的双调谐回路放大器的谐振曲线,（1）弱耦合,（2）临界耦合,（3）强耦合,4.5 双调谐回路谐振放大器,2、通频带,临界耦合时的通频带,令,得,（4.5.8）,4.5 双调谐回路谐振放大器,3、选择性（矩形系数）,临界耦合时的矩形系数,解之，得,矩形系数为,（

24、4.5.9）,4.6 谐振放大器的稳定性与稳定措施,4.6.1 谐振放大器的稳定性,4.6.2 单向化,4.6.1 谐振放大器的稳定性,以上分析时，假定yre0，即输出电路对输入端没有影响，放大器工作于稳定状态。下面，讨论内反馈yre的影响。,1.放大器的输入导纳和输出导纳,引用4.2 结果，可知,如果放大电路输入端也接有谐振回路(或前级放大器的输出谐振回路)，那么输入导纳Yi并联在放大器输入端回路后(假定耦合方式是全部接入)，,2.自激振荡的产生(以输入导纳的影响为例),图4.6.1 放大器等效输入端回路,实际电路中，,4.6.1 谐振放大器的稳定性,所谓“谐振”，就能量关系而言，是指：回路

25、中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。,4.6.1 谐振放大器的稳定性,图 3.1.9 串联谐振回路中的能量关系,如果反馈电导为负值，那么g=gs+gie1+gF=0 可能存在，即发生自激振荡现象。,3.自激产生的原因(以输入导纳的影响为例),图4.6.2 反馈电导随频率变化的关系曲线,4.6.1 谐振放大器的稳定性,为了消除自激以及提高放大器的稳定性，下面确定产生等幅自激振荡的条件。,4.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例),回路谐振时，g=gs+gie+gF=0,=0,分解为幅值和相位两个条件,4.6.1 谐振放大

26、器的稳定性,5、不发生自激的条件(以输入导纳的影响为例),4.6.1 谐振放大器的稳定性,回路谐振时，g=gs+gie+gF=0,回路谐振时，g=gs+gie+gF 0,4.自激产生的条件(以输入导纳的影响为例),稳定系数,如果S1，放大器将产生自激振荡；如果S 1，放大器不会产生自激。S越大，放大器离开自激状态就越远，工作就越稳定。,4.6.1 谐振放大器的稳定性,5、不发生自激的条件(以输入导纳的影响为例),6.稳定性分析,假设放大器输入与输出回路相同，,(包括谐振回路),4.6.1 谐振放大器的稳定性,6.稳定性分析,4.6.1 谐振放大器的稳定性,6.稳定性分析,考虑到全部接入，即p1

27、=p2=1,4.6.1 谐振放大器的稳定性,4.6.2 单向化,如前所述，由于晶体管内存在yre的反馈，所以它是一个“双向元件”。作为放大器工作时，yre的反馈作用可能引起放大器工作的不稳定。下面，讨论如何消除yre的反馈，变“双向元件”为“单向元件”。这个过程称为单向化。,避免自激的最简单做法是在回路两端并接电阻，即增加损耗。这就是“失配法”。,如果把负载导纳YL取得比晶体管yoe大得多，即YL yoe，那么输入导纳,4.6.2 单向化,不发生自激的条件，,回路谐振时，g=gs+gie+gF 0,单向化的方法：中和法、失配法,同理，如果把信号源导纳Ys取得比晶体管yie大得多，那么输出导纳,

28、因此，所谓“失配”是指：信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；晶体管输出端负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。,4.6.2 单向化,如果把负载导纳YL取得比晶体管yoe大得多，即YL yoe，那么输入导纳,4.6.2 单向化,稳定系数,可知，当Ys yie 和YL yoe，稳定系数S大大增加。,但同时，增益必须减小。实际上，增益随GL增加而减小。,失配法以牺牲增益为代价换取稳定性的提高。,4.6.2 单向化,典型电路,共基电路的特点是输入阻抗很低（即输入导纳很大）和输出阻抗很高（即输出导纳很小），与共发电路连接，相当于共发放大器的负载导纳很大。,4.7 谐振放大器的常用电路和集成电路谐振放大器,

29、4.7.1 谐振放大器常用电路举例,4.7.2 集成电路谐振放大器,4.7.1 谐振放大器常用电路举例,图4.7.1 二级共发共基级联中频放大器电路,图4.7.2 窄带石英晶体滤波器电路,4.7.1 谐振放大器常用电路举例,非调谐回路式放大器,图4.7.3 窄带晶体滤波器等效电桥电路,4.7.1 谐振放大器常用电路举例,图4.7.4 采用单片陶瓷滤波器的中放级,4.7.1 谐振放大器常用电路举例,图4.7.5 采用表面声波滤波器的预中放电路,4.7.1 谐振放大器常用电路举例,4.7.2 集成电路谐振放大器,图4.7.6 ULN2204集成块的中放部分,图4.7.7 集成电路HA1144的图像

30、中放部分,4.8*场效应管高频小信号放大器,4.8.1 共源放大器,4.8.2 共栅放大器,4.8.3 共源共栅级联放大器,高频应用场效应管的特点,输入阻抗很高；,对核辐射的抵抗能力强；,恒流特性更好；,转移特性是平方律特性；,正向传输导纳远小于晶体管。,4.8*场效应管高频小信号放大器,4.8.1 共源放大器,图4.8.1 共源场效应管参数等效电路,图4.8.2 场效应管共源电路的模拟等效电路,4.8.1 共源放大器,图4.8.3 共源极放大器,4.8.1 共源放大器,4.8.2 共栅放大器,图4.8.4 共栅极放大器,4.8.3 共源共栅放大器,图4.8.5 共源共栅极放大器,4.9 放大

31、器中的噪声,4.9.2 电阻热噪声,4.9.3 天线热噪声,4.9.4 晶体管的噪声,4.9.5 场效应管的噪声,4.9.1 内部噪声的来源与特点,4.9 放大器中的噪声,自然干扰,人为干扰,干扰与噪声,外部干扰,内部噪声,天电干扰,宇宙干扰,大地干扰,工业干扰,无线电台,自然噪声,人为噪声,有热噪声,散粒噪声,闪烁噪声,交流哼声,感应噪声,接触不良,4.9.1 内部噪声的来源与特点,这种无规则运动具有起伏噪声的性质，是一种随机过程，即在同一时间（）内，这一次观察和下一次观察会得出不同的结果,放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻、谐振回路和电子器件内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的。,图4

32、.9.1 随机过程示意图,随机过程的特征通常用它的平均值、均方值、频谱或功率谱来描述。,1.起伏噪声电压的平均值,图4.9.2 起伏噪声电压的平均值,4.9.1 内部噪声的来源与特点,2.起伏噪声电压的均方值,3.非周期噪声电压的频谱,起伏噪声电压是一种随机过程，其对应频谱也是随机过程，没有确定的描述。,4.起伏噪声的功率谱,式中，(f)称为噪声功率谱密度，单位为/z。,4.9.1 内部噪声的来源与特点,4.9.1 内部噪声的来源与特点,4.起伏噪声的功率谱,式中，(f)称为噪声功率谱密度，单位为/z。,白噪声：,由于起伏噪声的频谱在极宽的频带内具有均匀的功率谱密度，因此起伏噪声也称白噪声。白

33、色噪声是指在某一频率范围内，S（f）保持常数。,图4.9.4起伏噪声的频谱,4.9.2 电阻热噪声,电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下，受到热激发后，在导体内部作大小和方向都无规则的运动（热骚动）。,电阻的热噪声的功率谱密度,噪声电压均方值,噪声电流均方值,以上各式中，为玻耳兹曼常数，T为电阻的绝对温度，fn为电路的等效噪声带宽，（或）为fn内的电阻（或电导）值。,图4.9.6 电阻的噪声等效电路,4.9.2 电阻热噪声,4.9.3 天线热噪声,热平衡状态下，噪声电压的均方值,天线等效电路由辐射电阻和电抗组成。,为天线等效噪声温度。,若天线无方向性，且处于绝对温度为的无界限均匀介质中，则

34、,4.9.4 晶体管的噪声,晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、分配噪声和/f 噪声。,1、热躁声,晶体管中，电子不规则热运动产生热噪声。,2、散粒躁声,少数载流子通过PN结注入基区时，单位时间内注入的载流子数目不同，因而到达集电极的载流子数目也不同，由此引起的噪声叫散粒噪声。具体表现为发射极电流以及集电极电流的起伏现象。,4.9.4 晶体管的噪声,3、分配躁声,分配噪声是集电极电流随基区载流子复合数量的变化而变化所引起的噪声。亦即由发射极发出的载流子分配到基极和集电极的数量随机变化而引起。,4、1/f躁声（闪烁噪声）,主要在低频范围产生影响（它的噪声频谱与频率f近似成反比）。它的产生原因目前

35、尚有不同见解。,4.9.4 晶体管的噪声,晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、分配噪声和/f 噪声。,图4.9.10 包括噪声电流与电压源的型等效电路,散粒噪声,热噪声,分配噪声,图4.9.11 晶体管的噪声特性,4.9.4 晶体管的噪声,4.9.5 场效应管的噪声,1.由栅极内的电荷不规则起伏所引起的噪声,2.沟道内的电子不规则热运动所引起的热噪声,为栅极漏泄电流,fs为场效应管的跨导,3.漏极和源极之间的等效电阻噪声,4.闪烁噪声,4.10 噪声的表示和计算方法,4.10.2 噪声温度,4.10.3 多级放大器的噪声系数,4.10.4 灵敏度,4.10.5 等效噪声频带宽度,4.10.1

36、噪声系数,4.10.6 减小噪声系数的措施,4.10.1 噪声系数,在电路某一指定点处的信号功率s与噪声功率n之比，称为信号噪声比，简称信噪比，以sn（或）表示。,放大器噪声系数,（4.10.1）,（4.10.2）,4.10.1 噪声系数,（4.10.3）,为放大器的功率增益。,表示信号源内阻产生的噪声通过放大器,放大后在输出端所产生的噪声功率。,（4.10.4）,Pno为放大器本身产生的噪声在输出端上呈现的噪声功率。因此，越大，表示放大器本身产生的噪声越大。,4.10.1 噪声系数,（4.10.5）,为了计算和测量的方便，噪声系数也可以用额定功率和额定功率增益的关系来定义。,4.10.1 噪

37、声系数,额定功率和额定功率增益表示的噪声系数。,额定功率增益：,放大器（或线形四端网络）的输入,端和输出端分别匹配是（Rs=Ri、Ro=RL）的功率增益，即,（4.10.8）,4.10.1 噪声系数,额定功率和额定功率增益表示的噪声系数。,（4.10.9）,（4.10.10）,另一种表示形式为,图4.10.1 表示额定功率和噪声系数定义的电路,4.10.1 噪声系数,表示放大器（四端网络）内部噪声的另一种方法是将内部噪声折算到输入端，放大器本身则被认为是没有噪声的理想器件。,4.10.2 噪声温度,物理意义:放大器内部产生的噪声功率，可看作是由它的输入端接上一个温度为的匹配电阻所产生的；或者看

38、作与放大器匹配的噪声源内阻在工作温度上再加一温度后，所增加的输出噪声功率。,4.10.3 多级放大器的噪声系数,图4.10.2 二级级联放大器示意图,采用同样的方法，可以求得级级联放大器的噪声系数为,可见，多级放大器总的噪声系数主要取决于前面一、二级，最关键的是第一级，不仅要求它的噪声系数低，而且要求它的额定功率增益尽可能高。,4.10.3 多级放大器的噪声系数,4.10.4 灵敏度,当系统的输出信噪比（sono）给定时，有效输入信号功率si称为系统灵敏度，与之相对应的输入电压称为最小可检测信号。,在信号源内阻与放大器输入端电阻匹配时，输入信号功率为,4.10.5 等效噪声频带宽度,起伏噪声是

39、功率谱密度均匀的白噪声。现在来研究它通过线性四端网络后的情况，并引出等效噪声频带宽度的概念。,设四端网络的电压传输系数为(f)，输入端的噪声功率谱密度为i(f)，则输出端的噪声功率谱密度o(f)为,输出端的噪声电压均方值为,输出端的噪声电压均方值为,等效噪声带宽是按照噪声功率相等（几何意义即面积相等）来等效的。,图4.10.4 等效噪声带宽示意图,4.10.5 等效噪声频带宽度,输出端的噪声电压均方值为,等效噪声带宽,4.10.5 等效噪声频带宽度,4.10.6 减小噪声系数的措施,选用低噪声元、器件,正确选择晶体管放大级的直流工作点,选择合适的信号源内阻s,选择合适的工作带宽,选用合适的放大电路,降低放大器的工作温度,