噪声与干扰解析

1、电子与新能源技术工程系教案课题项目：高频小信号放大器 任务:噪声与干扰课程名称高频电子技术授课类型新授班级09应用电子班日期2011-3-16课时2教学目标知识目标：掌握电路内部噪声来源，噪声系数，了解减小噪声措施能力目标：培养学生分析能力，理解能力，思维能力，阅读能力情感目标：熟悉噪声危害，认识减小噪声措施教学重点电路内部噪声来源，噪声系数教学难点电路内部噪声来源，噪声系数教学方法讲述法；任务教学法；举例法；案例教学法课前准备1 .相关项目模块2 .经美敦材3 .项目任务书4 .电子课件教学后记 及改进措 施课堂教学安排一、噪声与干扰1、高频小信号放大器的功能是把微弱的高频小信号进行不失真的

2、放大。但 引入新 在放大过程中，放大器可能产生噪声而使有用信号受到影响，所以它有一项重要的质量指标一一噪声系数是不可忽视的。实际上高频电子技术的其他单课元电路也受噪声和干扰的影响，但噪声和干扰对处理微弱信号的电路影响更大，所以把它们放在本章讨论。2、在通信技术领域，噪声是指通信设备或单元电路产生的影响有用信号的有害声音或信号。噪声一般指内部噪声，又分自然和人为两类。自然噪 声有热噪声、散粒噪声和闪烁噪声等。人为噪声有交流哼声、感应噪声 等3、干扰是指妨碍通信设备或单元电路正常接收和处理有用信号的有害电磁波。干扰一般指外部干扰，也分为自然和人为两类。自然干扰有火电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。人为

3、干扰主要有工业干扰和无线电台干扰。本 二、电路内部噪声的来源电路内部噪声的主要来源是电阻的热噪声和放大器件的噪声。1.电阻的热噪声电阻的热噪声是由电阻内部的自由电子热运动所产生的。在一定温度下， 电阻内部的自由电子受热激发后，在电阻内部作大小和方向都无规则的热运 动，这就在电阻内部形成无规则电流。在一定时间内无规则电流的平均值为 零，而瞬时值在平均值的上下变动，称为起伏电流或噪声电流。噪声电流在 电阻两端产生噪声电压。同样，在一定时间内噪声电压的平均值为零，而其 瞬时值也在平均值的上下变动。由此可计算或测量起伏噪声电压的方均值， 它代表噪声功率的大小。由于起伏噪声的频谱在极宽的范围内有均匀的功

4、率谱密度，类似于白色 光功率谱在可见光频段内均匀分布的特点，通常把这种在无线电频段内功率 谱均匀分布的起伏噪声称为白噪声。如图3-17所示。而把在功率谱上分布不均匀的噪声称为有色噪声。电阻热噪声特性图形分析功率谓老童老示羊之七学力事三电三的一僮.斫以至盲曳反方当僮E t嗓声君军)为记:亚瓜£3%)凝声电花的方均a± E = 4ATHC3 -37：以;务式*. BSxlO-J K,北送耳先至常虻：是电叵的热土至遑麦.阜y.方3效蛛声为岩宣度，弟位为Hz；尺为它叵饯.单位为Q； G 士气 与宜.承位为S (三手，.例题台式(S-3 7)可得鼻三史三有效位天底=网时3-3S)史3

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9、关系噪声与频率图3.5.2 "的嗓声系数二三季三巨黄盘三一3三三不三二三十.三多匕 三三二:：仁壬二.三三 震声的目的是为了陵少它对信号的髭巧.索声对信号的亳引不军次于工=闫工更 十口美大小.元襄浣于信号二室w五三二室的相对m 即信妾土.L唱展比 在与费某公=号=军三R言之品之比秫艺信三二J定芍号% 表示.书于任河之逅至信经它日生生淡穹芸的有吃E.二事声甫R电誉的嚎声茎数是?S由踏均人瑞信嚎比%与电生注殳比它表云看号返E与运自信索比支话的里空.力美宅违反三节壬之芸的或性丁至,二士坡号巧事三6马到工运药之 震.上较殳W可它看出,3的信泰士相况 嚎声系第附=L 10fe=0flB.比果蜜

10、替本身有噪声.则输出噪声？军$于希又琼声甘扉和电踏力:身噪声前 星之司.尼空出?胃事之头fE运石*=系基二,>1.ICgVjCdE.兰式343)可专事三系堂笠三一科表示式； = && = .% =三_<3-45:'R R 姐 P-i或*, 4=与，至生翡的功相益：反*= 4区表示轮入噪声姿电葩后在场出 *室;的上言工军.式(3-45)表羽.M声询仅与船史齿的蠢个噪声功率p. p.有关.而 与输人信号大小无关.卖际上 亳誉的输出噪声习军区，由翻分组成.一部分 是P.尸4r .另一部分是乏善*身产生的嗓声在输出甥塞境的克言宓. 刃巳=匕+之所以金言萩又弗联M=l

11、今(346) a#：三二彳打*筱三葬杉宅三的关总心空踽声款电孑设盘繇品隈好多单艘大器或其他网鞭版或辑光设备或系 :七至三三系三三三二三三系三二六：工系二二工三金支系:"力三三WW 手三二多或宴票二5的£三苴酸示罡王工壬3-15旺、.减少啜声系敦的措施1 .芝月兴暧声的元春年采取的措施在我大或其三电暹甘元器公节内的枭声讨密声系蓑起重要隹这.芝H氐嗓 之七三器：紫龛士工降E电费的蚓之茶苑.对于接收付或多经放大器来说.壬意 -二轻亳语璃最尢 所以接收机的要放立、海更a旬第一*故触w法君低噪 声的晶坛管（可由手册查得.m座是高一伟的蚊值）.工工茶弓三声系欲僚的 交设三蓊七百田字放冢

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13、过 宽，以免信噪比下降。4 .选用合适的放大电路放大器的选用要考虑功率增益和最小噪声，就是要兼顾噪声匹配和功率匹 配，工作频率不太高时，共射极放大器能兼顾噪声匹配和功率匹配。因此， 在很多多级放大器中，输入级常采用共射放大器。在工作频率较高的系统中， 多级放大器的第一级采用共基极放大器是有利的。前面介绍的共射-共基级联放大电路，也是高稳定和低噪声的电路。5 .降低放大器的工作温度热噪声是内部噪声的主要来源之一，所以降低放大器，特别是接收机前端放 大器件的工作温度，对减少噪声系数是有作用的。对灵敏度要求特别高的设 备来说，降低工作温度是一个重要措施。如在卫星地面站接收机的高频放大器采用“冷参放”

14、（冷至2080K的参数放大器）。其他器件组成的放大器致 冷后，噪声系数也有明显降低。6 .减少接收天线的馈线损耗接收天线到接收机馈线太长，馈线损耗过大，对整机噪声影响很大。为减少 馈线损耗，可将接收机的前端电路（高放、混频和前置中放等）放置于天线 输出端口，使天线接收的信号经放大有一定功率增益后，再经电缆送往主中 放，就可减少馈线的损耗，降低整机噪声。7 .5.4外部干扰的类型和抑制前面讨论了电子设备或系统的内部噪声，实际上电子设备或系统还会受到外 部干扰的影响。干扰是指妨碍电子设备或系统正常工作的有害电磁波。干扰 一般分为自然和人为两类。自然干扰有火电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。人为干扰主要

15、有电气干扰和无线电台干扰。无线电台干扰主要是通过提高接 收机选择性来防止。下面介绍最常见的天电干扰和电气1 .火电干扰天电干 火电干扰的主要来源于自然界的雷电现象，地球上平均每秒钟发生100次左扰右的空中闪电，而每次雷电都产生强烈的电磁场骚动，并向四面八方传播到 很远的地方。因此，即使距离雷电几千公里以外，在看不到雷电现象的情况 下，也可能有火电干扰。此外，带电的雨雪和灰尘的运动，以及它们对天线 的冲击都可能引起天电干扰。一般在地面接收时，主要的天电干扰是雷电放 电所引起的。天电干扰的大小，与地理位置、季节和时间有关。赤道、热带和高山等地区 发生雷电较多，天电干扰电平较高。在同一地区天电干扰电

16、平在夏季比冬季 高，夜间比白天高等。 火电干扰属于脉冲干扰性质。脉冲干扰振幅随频率 的升高而减小，因此，频率升高时，火电干扰的电平降低，所以天电干扰对 短波广播的影响就小于对中波广播的影响。止匕外，在较窄频带内通过的大电 干扰能量减小，所以火电干扰强度随频带变窄而减弱。全完全克服火电干扰是困难的，因为不可能在产生干扰的地方进行抑制。因此，只能在接收机等设备上采取一些措施，如电源线加接滤波电路、采用窄 频带以及加接抗脉冲干扰电路等，或在雷电多的季节采用较高的频率进行通 信。2 .电气干扰的产生和抑制电气干 扰的产 生和抑 制电气干扰是由各种电气装置中的电流 （或电压）急剧变化所形成的电磁辐射，

17、作用在接收机天线和电路上所产生的干扰。在工农业、交通运输业以及其他 行业和家庭中都大量使用各种电气设备， 例如马达、电焊机、高频电气装置、 X光机、电弧炉、电磁炉、空调器、汽车点火系统和电气开关等，它们在工 作过程中或者由于产生火花放电而伴随电磁波辐射，或者本身就存在电磁波 辐射。电气干扰的强弱取决于产生干扰的电气设备的多少、性质及分布情况。当这 些干扰源离接收机很近时，产生的干扰是很难消除的。电气干扰传播的途径, 除直接辐射外，还可沿电力线传输，并通过接收机的交流电源线直接进入接 收机，也可能通过天线与有干扰的电力线之间的分布电容耦合而进入接收 机。电气干扰沿电力线传播比它在相同距离的直接辐

18、射强度大得多。在城市中的 电气干扰显然比农村严重得多。电气设备越多的大城市，情况越严重。从电气干扰的性质来看，它们大都属于脉冲干扰。通常，脉冲干扰可看成一 个突然上升又按指数规律下降的尖脉冲。分析表明，干扰振幅与频率有一定 的关系，脉冲干扰的影响在频率较高时比频率低时弱得多。另外，接收机通 频带较窄时，通过脉冲干扰的能量小，从而使干扰的影响减弱。因此，电气 干扰对中波波段的影响较大，随着接收机工作波段进入短波、超短波（工作 频率在20 MHz以上），这类干扰的影响就显著下降。为了克服电气干扰，最好在产生干扰的地方进行抑制。例如，在电气开关、 电动机的火花系统的接触处并联一个电阻和电容，以减小火花作用。或在干 扰源处加接防护滤波器，除此以外，还可以把产生干扰的设备，加以良好的 屏蔽来减小干扰的辐射作用。目前，我国对有关电气设备所产生的干扰电平都有严格的规定。为了避免沿电力线传播的干扰进入用交流电作为电源的接收机和测量仪器，通常对输入 这些设备的交流电进行滤波。本章小结1 .高频小信号放大器是对微弱高频信号进行不失真放大的功能电路。它有 增益、通频带、选择性（矩形系数）、稳定性和噪声系数等5项技术指标。2 .谐振放大器是用LC谐振回路作负载的放大器，谐振放大器既有放大作用 又有选频作用。谐振放大器的幅频特性曲线与所用LC谐振回路相同。单调谐