第三章 噪声与干扰

1、 一、噪声的定义： 噪声是指对有用的信息信号产生干扰的设备 内部和外部干扰信号。 二、噪声的影响： 对声音造成失真和噪音 对画面造成失真或“雪花” 对数据可能产生逻辑差错 1）按发生的地点分： 外部干扰外部干扰：天电干扰、宇宙射线干扰、工业干扰 内部干扰内部干扰: 设备之器件的热噪声 2）按产生的根源分： 自然干扰 人为干扰 3）按电特性分： 脉冲型干扰 正弦型干扰 起伏型干扰 3.2.1 电阻的热噪声 一、电阻热噪声产生的原因： 电阻的热噪声是电阻导体的热骚动产生无规则运 动引起的起伏噪声电流的现象。 二、电阻热噪声的特点及计算 1、特点： 1）电阻噪声是起伏噪声。 2）起伏噪声电流是大量脉

2、冲宽度约10-13s的微 弱脉冲电流的迭加而成。另窄脉冲极性、大小和 出现时间是随机的。 1）起伏噪声的功率密度）起伏噪声的功率密度: Sv = 4kTR 其中k=1.3810-23J/K T=273+t () (K) T定，R Sv R定， T Sv 2）B频带内噪声电压和电流值频带内噪声电压和电流值: 例例3.2.1: P69 kTRBBSu vn 4 2 B R kTBSi vn 1 4 2 一个实际电阻可以等效为: 一个(无噪声)电阻与一个恒压源串联， 或等效为一个(无噪声)电导与恒流源并联。 R1、R2串联的噪声等效电路: R1、R2并联的噪声等效电路:例3.2.2: P69 几点说

3、明： 1、对处于相同温度、相同带宽的电阻所构成的网络， 不论串联还是并联，总的均方值噪声电压等于网络 总电阻所产生的均方值噪声电压。 2、如果网络中的电阻处于不同温度或是受不同带宽 限制，只能按均方叠加法则即功率相加原理进行计 算。 3、纯电抗元件既不消耗功率也不产生热噪声，但实 际的电抗元件一般都含有电阻分量，故也与普通电 阻一样产生热噪声。因此，LC谐振回路两端产生的 热噪声电压均方值也可按公式计算，式中的R应为 谐振电阻。 工作状态： 正偏：散粒噪声 反偏： 击穿前：散粒噪声（很小） 击穿后：齐纳击穿：散粒噪声、闪烁噪声 雪崩击穿：散粒噪声、多态噪声 体电阻re 产生的热噪声： 散弹噪声

4、 ： BkTru en 4 2 BqIi on 2 2 其中，电子电荷量 q=1.5910-19C, I0是PN结平均电流 1、热噪声：基极电阻产生的 2、散弹噪声：流过PN结的电流 3、分配噪声： 4、闪烁噪声:(1/噪声): 噪声主要在低频又称低频噪声 BkTru bbbn 2 4 BqIi oen 2 2 BqIi CQcn )1(2 0 2 2 )( 2 Bf f Ik i n m Bo nf 2 nf if 1、热噪声 2、散弹噪声 3、感应噪声 4、闪烁噪声 内部噪声：电阻热噪声 外来噪声：周围介质辐射 宇宙辐射 因此，天线噪声是与周围的介质温度、天线的指向及 工作频率有关的。 工

5、程上：统一规定用天线的辐射电阻辐射电阻RA在天线的有效有效 噪声温度噪声温度TA产生的热噪声来表示天线的噪声性能。 在热平衡状态下，天线热噪声电压均方值为： nAAn BRkTu2 2 描述放大器噪声系数的等效图： 信噪比:(SNR) Signal-to Noise Ratio 注意：同一个端口中同一个端口中 以dB表示: 意义 : S/N越大，信号被噪声恶化的程度越小， 信噪比最低允许值取决于应用技术。 N S P P SNR N S P P dBSNRlog10)( AM : PSi/PNi10dBPSi=10PNi FM :12dB PSi=15.8PNi TV :40dB PSi=10

6、4PNi 一、噪声系数的定义及其物理意义 1、定义: 噪声系数是指线性四端网络的输 入信噪功率比与其输出端信噪功率之比值。 以dB表示 ： noso nisi F PP PP N 輸出信噪比 輸入信噪比 )(log10log10)(dB PP PP NdBN noso nisi FF 2、物理意义: 噪声系数NF的大小被用来衡量 线性网络内部噪声内部噪声对检测信号的影响程度 根据不同的情况，NF的其它表示方式: 1）已知输入噪声和测得总和噪声情况； nAo no ni no pni no so si noso nisi F P P P P AP P P P PP PP N 1 聲功率外噪在輸出

7、端呈現的噪 輸出端總噪聲功率 P P N nAo no F 2）实际网络和理想网络噪声功率比: NF =1：理想网络的噪声系数 nAo nBo nAo nBonAo nAo no F P P P PP P P N 1 当信号源与负载电阻相接时，在负载两端的 信噪比为： 结论：信号源与任何负载相接并不影响其输 入端信噪比，即无论负载为何值，其信噪比 都不变，其值为负载开路时的信号电压平方 与噪声电压均方值之比。 2 2 n s no o O u U P P N S 1、额定功率： 内阻为RA的电压源 内阻为RA的电流源 信号源输入噪声额定功率 A sef S R U P 4 2 AsefS RI

8、P 2 4 1 BTkP n 结论: 无源二端网络的噪声额定功率只与其温 度T及通频带B有关，而与其负载阻抗及网络 本身阻抗都无关。 2、额定功率增益 定义：指线性四端网络的额定输出功率与额 定输入功率之比。 3、用额定功率和额定功率增益表示噪声系数 si so pa P P A 主要讨论: 级联网络多级放大器的总噪声系数与各级 噪声系数的关系，明确这一关系的实际意义 在于找出降低多级放大器的总噪声系数的方 向和措施。 推导得： 推广得通式： 1 2 112 1 pa F FF A N NN panpapa Fn papa F pa F FFn AAA N AA N A N NN . 1 .

9、11 2121 3 1 2 1 1、要使级联总噪声系数小，就得要各级NF 小、增益Apa大。 2、前级对总噪声的影响最大，越后级影响 越小。 Te等效输入噪声温度衡量线性四端网络的 噪声性能的另一个参数。 1、定义： 2、噪声系数和等效噪声温度的换算 Te = ( NF 1 ) To o e opa epa nAo nBo F T T BkTA BkTA P P N 111 Te值越大，表征四端网络的噪声性能越差。 理想网络 Te = 0 NF和Te均为表征线性四端网络噪声性能的指 标，但Te适用于作表示低噪声系统的噪声性 能。 结论： 在低频工作时，选用共发射极电路作为输入 级比较有利 在高

10、频工作时，选用共基极电路作为输入级 比较有利 定义: 接收机输出信号噪声功率比为正常 值(规定值)时天线上需要加入信号的电 动势的最小有效值Usefmin或这个信号的 额定功率Psmin。 意义: 灵敏度表征接收机接收微弱信号的 能力。在正常接收情况下，天线需加入 的信号电平越小，证明该接收机的灵敏 度越高。 最小可辨信号功率: Psmin= kToBNFD 最小可辨信号电压: 临界灵敏度: D=1时的灵敏度 Psmin= kToBNF AFosef DRBNkTU4 min AFosef RBNkTU4 min 用dB/mW表示接收机的灵敏度及其计算方法: Psmin (dB/mW) = 10log k + 10log To + 10log B + 10 log NF + 10log103 = -174dB + 10log NF + 10log B 若B以MHz计: Psmin (dB/mW) = -114dB + NFdB + 10log B 3 min min 10 log10)/( s s P mWdBP 1、选用低噪声器件和元件 2、正确选择晶体管放大级的直流工作点 3、选择合适的信号源内阻 4、选择合适的工作带宽 5、选用合适的放大电路 6、降低噪声温度以减小