放大器噪声分析报告.ppt

EXIT EXIT 2.4 放大器的噪声 高频电子线路 * 它用作固定频率的选频放大器 2.4 放大器的噪声 主要要求： 了解放大器内部噪声的主要来源和对放大器 性能的影响。 了解噪声系数的概念 人们收听广播时, 常常会听到“沙沙”声； 观看电视时, 常常会看到“雪花”似的背景或波纹线, 这些都是接收机中的放大器和其它元器件存在噪声的结果。  噪声对有用信号的接收产生了干扰, 特别是当有用信号较弱时, 噪声的影响就更为突出, 严重时会使有用信号淹没在噪声之中而无法接收。  噪声的种类很多。 有的是从器件外部窜扰进来的, 称为外部噪声；有的是器件内部产生的, 称为内部噪声。本节只介绍内部噪声。  内部噪声源主要有电阻热噪声、 晶体管噪声和场效应管噪声三种。  2.4.1 噪声的来源 1、电阻热噪声 电阻热噪声是由于电阻内部自由电子的热运动产生的。 在运动中自由电子经常相互碰撞, 因而其运动速度的大小和方向都是不规则的。 温度越高, 运动越剧烈。只有当温度下降到绝对零度时, 运动才会停止。自由电子这种热运动在导体内形成非常微弱的电流, 这种电流呈杂乱起伏的状态, 称为起伏噪声电流。起伏噪声电流流过电阻本身就会在其两端产生起伏噪声电压。  由于起伏噪声电压的变化是不规则的, 其瞬时振幅和瞬时相位是随机的, 所以无法计算其瞬时值。起伏噪声电压的平均值为零, 噪声电压正是不规则地偏离此平均值而起伏变化。 但是, 起伏噪声的均方值是确定的, 可以用功率计测量出来。实验发现, 在整个无线电频段内, 当温度一定时, 单位电阻上所消耗的平均功率在单位频带内几乎是一个常数, 即其功率频谱密度是一个常数。对照白光内包含了所有可见光波长这一现象, 人们把这种在整个无线电频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声。  阻值为Ｒ的电阻产生的噪声电压功率频谱密度分别为： k=1.38×10-23J／K (2.4.3) 其中k是波尔兹曼常数, Ｔ是电阻温度, 以绝对温度Ｋ计量。  在频带宽度为ＢＷ内产生的热噪声均方值电压分别为：  U2n=SU(f)·BW (2.4.4) 所以, 一个实际电阻可以分别用噪声电流源和噪声电压源表示, 如图2．4．1所示。  理想电抗元件是不会产生噪声的, 但实际电抗元件是有损耗电阻的, 这些损耗电阻会产生噪声。对于实际电感的损耗电阻一般不能忽略, 而对于实际电容的损耗电阻一般可以忽略。  2.4.2 电阻热噪声等效电路 2、晶体管噪声 晶体管噪声主要包括以下四部分。 （１） 热噪声 构成晶体管的发射区、基区、集电区的体电阻和引线电阻均会产生热噪声, 其中以基区体电阻rbb′的影响为主。  （２） 散弹噪声 散弹噪声是晶体管的主要噪声源。它是由单位时间内通过ＰＮ结的载流子数目随机起伏而造成的。人们将这种现象比拟为靶场上大量射击时弹着点对靶中心的偏离, 故称为散弹噪声。在本质上它与电阻热噪声类似, 属于均匀频谱的白噪声, 其电流功率频谱密度为:  ＳI（ｆ）＝２ｑＩ0 (2．4．5) 其中Ｉ0是通过ＰＮ结的平均电流值, ｑ是每个载流子所载的电荷量。ｑ＝１.５９×１０-19库仑。  注意, 在Ｉ0＝０时, 散弹噪声为零, 但是只要不是绝对零度, 热噪声总是存在。这是二者的区别。 （３） 分配噪声 在晶体管中, 通过发射结的非平衡载流子大部分到达集电结, 形成集电极电流, 而小部分在基区内复合, 形成基极电流。 这两部分电流的分配比例是随机的, 从而造成集电极电流在静态值上下起伏变化, 产生噪声, 这就是分配噪声。 （４） 闪烁噪声 产生这种噪声的机理目前还不甚明了, 一般认为是由于晶体管表面清洁处理不好或有缺陷造成的, 其特点是频谱集中在约１kＨｚ以下的低频范围, 且功率频谱密度随频率降低而增大。在高频工作时, 可以忽略闪烁噪声。   3、场效应管噪声 场效应管是依靠多子在沟道中的漂移运动而