2_1放大器的噪声分析.pptVIP

光电信号处理;第二章 低噪声前置放大器; 使用放大器的必然性：一般是微弱信号 问题：放大信号的同时也放大了噪声 目标：设计高质量的低噪声前置放大器 必须研究： 信号的特性， 噪声的特性， 噪声分析方法， 目的：更好地抑制噪声、放大信号。 研究关于放大器的噪声及描述放大器噪声特性的一些有关参数和模型。 ;§2.1 放大器的噪声模型;放大器的En-In噪声模型; En-In模型的优点： ?理论：放大器看成是无噪声的， 对放大器噪声的研究归结为只要分析En、In在整个电路中所起的作用。 简化了电路系统的噪声的计算。 ?实验：能够通过实验测量得出En、In 的大小;§2.2 等效输入噪声 ;?计算各噪声源在放大器输出端的贡献： ? Ens的贡献为： ? En的贡献为： ? In的贡献为：;?若En、In不相关，将上述各项平方相加 得总的输出噪声???： ?在上式中，有一个公共因子 当输入信号为Vs时，输出信号为： 即放大系统的电压放大倍数。 ;因此： 为等效输入噪声 ? 等效输入噪声的意义： 单一噪声源位于Vs位置上，代替了原系统的所有噪声源。 ?如果En、In是相关的，则： 式中r为相关系数。 ;等效输入噪声曲线;§2.3 噪声系数 ;?定义信噪比： 电路信号功率与噪声功率之比，称为信号噪声比，简称信噪比， 用符号 或 表示。输出端的信噪比越高越好 ?定义噪声系数： 用分贝表示则写成： ;? 信号通过放大器后，若放大器无滤波功能，则信号和噪声都同样放大了，放大器本身也有噪声，信噪比不可能变好。 ? 如果放大器是理想的（无噪声）线性网络， 输入端的信号与噪声得到同样的放大， 即输出端的信噪比与输入端的信噪比相同， 则：NF=1 或 NF= 0 dB。 ? 如果放大器本身有噪声，则输出噪声功率等于放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声功率之和，对这样的放大器，信号经放大后，输出端的信噪比就比输入端的信噪比低，则 NF1。; Ap=Pso/Psi为放大器的功率增益， Pno1=Pni·Ap 表示信号源内阻产生的噪声，通过放 大器后在输出端所产生的噪声功率。 上式表示，噪声系数NF仅与输出端的两个噪声功率Pno和Pno1有关，而与输入信号的大小无关。 ;放大器的输出噪声功率Pno是由两部分组成的，一部分是Pni Ap；另一部分是放大器本身（内部）产生的噪声在输出端上呈现的噪声功率Pn， 即 所以，噪声系数又可写成： 上式表明噪声系数与放大器内部噪声的关系。 实际放大器总是要产生噪声的， 即： Pn0，因此 NF1。 只有放大器是理想情况，内部无噪声，即Pn=0。则 NF=1。 ;有时噪声系数用电压比表示， 即： 其中 为电压增益。 而 Eni为等效输入噪声 则： （噪声系数等于等效输入噪声除以信号源的噪声） 若考虑相关系数r≠0，则噪声系数 ： ;基本定义式：;例如：放大器信号源电阻Rs=1kΩ ，工作温度为290k，带宽=1kHz，NF=2，只考虑的热噪声， 若要求输出SNRo=10，计算可检测的最小信号。;结论：;在计算具体电路的噪声系数时，用后面两式比较方便。 应该指出，噪声系数的概念仅仅适用于线性电路（线性放大器），因此可以用功率增益来描述。 对于非线性电路而言，不仅得不到线性放大，而且信号和噪声、噪声和噪声之间会相互作用，即使电路本身不产生噪声，在输出端的信噪比和输入端的也不相同。 因此噪声系数的概念就不能适用。;§2.4 最佳源电阻Ropt与最小噪声系数NFmin ;NF和Rs的关系: 对于一个确定的放大器，只能通过改变源电阻来减小它的噪声系数。 NF和Rs有关： Rs增大时第二项减小而第三项增大，Rs减小时第二项增大第三项减小， 因此，NF是有极值的。 ;求偏导 ： 得： 因此，当信号源的内阻： 时， 噪声系数NF取得最小值： 称此时的源电阻为最佳源电阻，记为Ropt;当Rs=Ropt时，可使放大器的噪声系数为最小