高频-第2章高频电路基础3滤波器与阻抗变换ppt课件

1、2.2.3 石英晶体谐振器石英晶体谐振器2.2.4 集中滤波器集中滤波器2.2.5 高频衰减器与匹配器高频衰减器与匹配器 作业：作业：2.7 2.10第二章第二章 高频电路根底高频电路根底2.2.3 2.2.3 石英晶体谐振器石英振子石英晶体谐振器石英振子 1 1。 石英晶体的物理特性：石英晶体的物理特性： 石英是矿物质硅石的一种也可人工制造，石英是矿物质硅石的一种也可人工制造，化学成分是化学成分是SiO2SiO2，其外形为结晶的六角锥体。图，其外形为结晶的六角锥体。图(a)(a)表示自然结晶体，图表示自然结晶体，图(b)(b)表示晶体的横截面。为了便表示晶体的横截面。为了便于研讨，人们根据石

2、英晶体的物理特性，在石英晶于研讨，人们根据石英晶体的物理特性，在石英晶体内画出三种几何对称轴，体内画出三种几何对称轴，衔接两个角锥顶点的一根衔接两个角锥顶点的一根轴轴ZZ，称为光轴，在图，称为光轴，在图(b)中沿对角线的三条中沿对角线的三条XX轴，轴，称为电轴，与电轴相垂直称为电轴，与电轴相垂直的三条的三条YY轴，称为机械轴，称为机械轴。轴。 石英晶体具有正、反两种压电效应。当石英晶体沿某一电轴遭到交变电场作用时，就能沿机械轴产活力械振动，反过来，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生电场。且换能性能具有谐振特性，在谐振频率，换能效率最高。 n 石英晶体和其他弹性体一样，具有惯性和弹性，因此存在着

3、固有振动频率，当晶体片的固有频率与外加电源频率相等时，晶体片就产生谐振。n 沿着不同的轴切下，有不同的切型，沿着不同的轴切下，有不同的切型，X切型、切型、Y切型、切型、AT切型、切型、BT、CT等等。等等。2. 等效电路、符号及阻抗特性等效电路、符号及阻抗特性 石英片相当一个串联谐振电路，可用集中参数Lq、Cq、rq来模拟，Lq为晶体的质量惯性，Cq 为等效弹性模数，rg 为机械振动中的摩擦损耗。 右图表示石英谐振器的基频等效电路。 电容C0称为石英谐振器的静电容。其容量主要决议于石英片尺寸和电极面积。 普通C0在几PF 几十PF。式中 石英介电常数，s 极板面积，d 石英片厚度.接入系数为d

4、sC00q0qqCCCCCP C0 rq Cq Lq JT b a rqLqCqCoab石英晶体的特点是：石英晶体的特点是：等效电感等效电感LqLq特别大、等效电容特别大、等效电容CqCq特别小，因此，特别小，因此，石英晶石英晶体的体的Q Q值值 很大，普通为几万到几百很大，普通为几万到几百万。这是万。这是普通普通LCLC电路无法比较的。电路无法比较的。 由于由于 ，这意味着等效电路中的接入系，这意味着等效电路中的接入系数很小数很小, ,因此外电路对它影响很小。因此外电路对它影响很小。 晶体的内部参数受外界要素温度、振动晶体的内部参数受外界要素温度、振动的影响很的影响很小，谐振频率很稳定。小，

5、谐振频率很稳定。qqqq1CLrQq0CC 石英晶体有两个谐振角频率。一个是左边支路的串联谐振石英晶体有两个谐振角频率。一个是左边支路的串联谐振角频率角频率q，即石英片本身的自然角频率。另一个为石英谐振，即石英片本身的自然角频率。另一个为石英谐振器的并联谐振角频率器的并联谐振角频率0。 串联谐振频率串联谐振频率 并联谐振频率并联谐振频率 qqq1CLCLCCCCLqq0q0q011很接近因此,由于q00qq0与CC显然显然 接入系数p很小，普通为10-3数量级，所以0与q很接近。 PCCCLqq111q0q0n 阻抗特性石英谐振器的等效电抗阻抗特性石英谐振器的等效电抗0qqqqqq021210

6、1)1()1(1CjCLjrCLjrCjzzzzz上式忽略上式忽略 rq rq 后可简化为后可简化为 1 1当当 = = q q时时z0 = 0 Lqz0 = 0 Lq、CqCq串谐谐振，当串谐谐振，当 = = p p，z0 = z0 = 回路并谐谐振。回路并谐谐振。2 2当当 为容性。为容性。 3 3当当 时时,z0 = jx0 ,z0 = jx0 为感性。其电抗曲线如上图所示。为感性。其电抗曲线如上图所示。2022q20001Cjjxz00q0,时jxz或q01/11222202pqeCL 石英晶体滤波器任务时，石英晶体两个谐石英晶体滤波器任务时，石英晶体两个谐振频率之间感性区的宽度决议了

7、滤波器的通振频率之间感性区的宽度决议了滤波器的通带宽度。带宽度。 必需指出，在必需指出，在 q q与与 p p的角频率之间，谐振器所呈现的的角频率之间，谐振器所呈现的等效电感等效电感 数值非常大，并不等于石英晶体片本身的等数值非常大，并不等于石英晶体片本身的等效电感效电感LqLq。等效电感为等效电感为 为了展宽通带宽度，通为了展宽通带宽度，通常的方法是用电感与石英常的方法是用电感与石英谐振器相串联或并联。谐振器相串联或并联。 把滤波器做成一个整体器件，构成集中滤波器把滤波器做成一个整体器件，构成集中滤波器1.1.陶瓷滤波器陶瓷滤波器 利用某些陶瓷资料的压电效应构成的滤利用某些陶瓷资料的压电效应

8、构成的滤波 器 ， 称 为 陶 瓷 滤 波 器 。 它 常 用 锆 钛 酸 铅波 器 ， 称 为 陶 瓷 滤 波 器 。 它 常 用 锆 钛 酸 铅Pb(ZrTi)O3Pb(ZrTi)O3压电陶瓷资料简称压电陶瓷资料简称PZTPZT制成。制成。 这种陶瓷片的两面用银作为电极，经过直流高压极化之后具有和石英晶体相类似的压电效应。 优点：容易焙烧，可制成各种外形；适于小型化；且耐热耐湿性好。 它的等效质量因数QL为几百，比石英晶体低但比LC滤波器高.2.2.4 2.2.4 集中滤波器集中滤波器(LC(LC式、晶体、陶瓷、声表式、晶体、陶瓷、声表滤波器滤波器) )l 符号及等效电路符号及等效电路图中

9、图中C0 等效为压电陶瓷谐振子的固定等效为压电陶瓷谐振子的固定电容；电容；Lq 为机械振动的等效质量；为机械振动的等效质量；Cq 为机械振动的等效弹性模数；为机械振动的等效弹性模数；Rq为机械振动的等效阻尼；其等效为机械振动的等效阻尼；其等效电路与晶体一样。电路与晶体一样。 qqq1CLCLCCCCLq0q0qqp11并联谐振频率并联谐振频率 式中，式中，C 为为C0和和C8 串联后的电容。串联后的电容。其串联谐振频率其串联谐振频率CoRqCqLq2Ll 陶瓷滤波器电路陶瓷滤波器电路l 四端网络陶瓷滤波器由双电极或三四端网络陶瓷滤波器由双电极或三电极陶瓷滤波器构成：电极陶瓷滤波器构成：l 如将

10、陶瓷滤波器连成如下图的方式，如将陶瓷滤波器连成如下图的方式，即为四端二端口网络陶瓷滤波器。图即为四端二端口网络陶瓷滤波器。图(a)(a)为由二个谐振子组成的滤波器，图为由二个谐振子组成的滤波器，图(b)(b)为由五为由五个谐振子组成四端滤波器。谐振子数目愈多，个谐振子组成四端滤波器。谐振子数目愈多，滤波器的性能愈好。图滤波器的性能愈好。图C C为四端陶瓷滤波为四端陶瓷滤波器三电极陶瓷滤波器器三电极陶瓷滤波器 2L2 2L1 (a) (b) 2L2 2L1 (a) 图图a选中心频率为串选中心频率为串臂的串联谐振和并臂的并臂的串联谐振和并臂的并联谐振频率，串臂的并联联谐振频率，串臂的并联谐振和并臂

11、的串联谐振分谐振和并臂的串联谐振分别为上下截止频率别为上下截止频率. 声外表波滤波器声外表波滤波器SAWFSurface Acoustic Wave Filter是是一种以铌酸锂、石英或锆钛酸铅等压电资料为衬底基体一种以铌酸锂、石英或锆钛酸铅等压电资料为衬底基体的一种电声换能元件。的一种电声换能元件。 构造与原理：构造与原理： 声外表波滤器是在经过研磨抛光的极薄的压电资料基片上声外表波滤器是在经过研磨抛光的极薄的压电资料基片上，用蒸发、光刻、腐蚀等工艺制成两组叉指状电极，其中与，用蒸发、光刻、腐蚀等工艺制成两组叉指状电极，其中与信号源衔接的一组称为发送叉指换能器，与负载衔接的一组信号源衔接的一

12、组称为发送叉指换能器，与负载衔接的一组称为接纳叉指换能器。当把输入电信号加到发送换能器上时称为接纳叉指换能器。当把输入电信号加到发送换能器上时，叉指间便会产生交变电场。，叉指间便会产生交变电场。2.2.声外表波滤波器声外表波滤波器SAWFSAWF 声外表波滤器的滤波特性，如中心频率、频带宽度、频响声外表波滤器的滤波特性，如中心频率、频带宽度、频响特性等普通由叉指换能器的几何外形和尺寸决议。这些几何特性等普通由叉指换能器的几何外形和尺寸决议。这些几何尺寸包括叉指对数、指条宽度尺寸包括叉指对数、指条宽度a、指条间隔、指条间隔b、指条有效长度、指条有效长度B和周期长度和周期长度M等。上图是声外表波滤

13、波器的根本构造图。严等。上图是声外表波滤波器的根本构造图。严厉地说，传输的声波有外表波和体波，但主要是声面波。在厉地说，传输的声波有外表波和体波，但主要是声面波。在压电衬底的另一端可用第二个叉指形换能器将声波转换成电压电衬底的另一端可用第二个叉指形换能器将声波转换成电信号。信号。 换能器的指宽换能器的指宽a，指与指之间间距，指与指之间间距b决议声波波长决议声波波长.相邻两极相邻两极的电场相位差为的电场相位差为180，当不同极指相邻指极的间距为声波长的，当不同极指相邻指极的间距为声波长的一半时，声波经传输延时的相位差刚好是一半时，声波经传输延时的相位差刚好是180度，便构成同向度，便构成同向叠加

14、。偏离此波长的其他频率，便会相互抵消，因此可以实叠加。偏离此波长的其他频率，便会相互抵消，因此可以实现滤波作用。现滤波作用。 声外表波滤波器的符号如图声外表波滤波器的符号如图(a)所示，图所示，图(b)为它的等效电路为它的等效电路. 其左边为发送换能器，其左边为发送换能器，is和和Gs表示信号源。表示信号源。G中耗费的功率中耗费的功率相当于转换为声能的功率。右边为接纳换能器，相当于转换为声能的功率。右边为接纳换能器，GL为负载电为负载电导，导，GL中耗费的功率相当于再转换为电能的功率。中耗费的功率相当于再转换为电能的功率。 声外表滤波器的符号与等效电路u 符号及等效电路符号及等效电路 入 出

15、(a) G C Gs Is GL G C (b) 任务频率高，中心频率在任务频率高，中心频率在10MHz1GHz之间，且频带宽，之间，且频带宽，相对带宽为相对带宽为0.5%25%。 尺寸小，分量轻。动态范围大，可达尺寸小，分量轻。动态范围大，可达100dB。 由于利用晶体外表的弹性波传送，不涉及电子的迁移过程由于利用晶体外表的弹性波传送，不涉及电子的迁移过程所以抗辐射才干强。所以抗辐射才干强。 温度稳定性好。温度稳定性好。 选择性好，矩形系数可达选择性好，矩形系数可达1.2。 在电视机的中频通道电路中作为中频通道滤波器运用，实在电视机的中频通道电路中作为中频通道滤波器运用，实现集中滤波功能，免

16、调试。现集中滤波功能，免调试。u 声表滤波器的主要特点：声表滤波器的主要特点：3. 薄膜体声薄膜体声FBAR薄膜体声波谐振器滤波器薄膜体声波谐振器滤波器 这是一种体积更小、损耗更低、这是一种体积更小、损耗更低、Q值更高、运用频率更高高达值更高、运用频率更高高达20G新型滤波器。且构造与半导体技术工艺兼容，便于射频集成电路新型滤波器。且构造与半导体技术工艺兼容，便于射频集成电路RFIC的集成。在的集成。在3G技术广泛运用。技术广泛运用。 利用高频衰减器可以调整信号传输通道上的信号电平。利用高频衰减器可以调整信号传输通道上的信号电平。 高频衰减器分为固定衰减器和高频可变高频衰减器分为固定衰减器和高

17、频可变(调调)衰减器两种。衰减器两种。 除了微波衰减器可以用其他方式构成外，高频衰减器通常除了微波衰减器可以用其他方式构成外，高频衰减器通常都用电阻网络、开关电路或都用电阻网络、开关电路或PIN二极管实现二极管实现 。 分固定衰减器和可变衰减器。器件的终端阻抗和线路的匹分固定衰减器和可变衰减器。器件的终端阻抗和线路的匹配阻抗通常是配阻抗通常是50欧和欧和75欧。欧。 类似于滤波电路，固定类似于滤波电路，固定衰减器有衰减器有L型、型、T型和型和型。型。表表2-1 列出了列出了50和和75两种。两种。2.2.5 高频衰减器高频衰减器 将固定电阻换成可变电阻或将固定电阻换成可变电阻或开关电路或运用开

18、关电路或运用PIN二极管，就构成可变或电调衰减器。二极管，就构成可变或电调衰减器。2.3 阻抗变换和阻抗匹配阻抗变换和阻抗匹配 假设相衔接的两部分高频电路阻抗匹配，那么可假设相衔接的两部分高频电路阻抗匹配，那么可以直接相连。以直接相连。 但假设阻抗不匹配，就需求用高频匹但假设阻抗不匹配，就需求用高频匹配器或阻抗变换器来衔接。配器或阻抗变换器来衔接。 在高频电子线路中，经常要在信号源与电路、输出与负在高频电子线路中，经常要在信号源与电路、输出与负载、级间进展阻抗变换和阻抗匹配。其目的是使负载得到最载、级间进展阻抗变换和阻抗匹配。其目的是使负载得到最大功率，滤波器得到最正确性能，接纳机的灵敏度得到

19、改善，大功率，滤波器得到最正确性能，接纳机的灵敏度得到改善，发射机的效率得到提高。发射机的效率得到提高。 有有LC网络阻抗变换、带抽头的并联谐振电路阻抗变换、网络阻抗变换、带抽头的并联谐振电路阻抗变换、变变 压器阻抗变换、电阻网络阻抗变换。压器阻抗变换、电阻网络阻抗变换。2.3.1 振荡回路的阻抗变换振荡回路的阻抗变换 利用带抽头的并联振荡回路，实现阻抗变换。另外，耦合利用带抽头的并联振荡回路，实现阻抗变换。另外，耦合振荡回路中改动互感振荡回路中改动互感M，改动其反映阻抗。，改动其反映阻抗。2.3.2 LC网络阻抗变换网络阻抗变换 以串以串-并联阻抗变换为根底，有并联阻抗变换为根底，有L型、型

20、、型、型、T型和型和型阻型阻抗匹配网络。抗匹配网络。 以下图所示的匹配网络具有电路简单、容易实现的优点，缺乏之处是电路的质量因数Q值很低(通常Q10)，因此电路的滤波特性很差，所以在实践的发射机中，经常选用T型或型网络作匹配之用。2. L型网络阻抗变换型网络阻抗变换1,112LssLRRQRQR1,12sLsLRRQRQRLCQRLRLQLL20001LLRQCCRQ00/1CL201 以下图是两种以下图是两种形网络是其中的方式之一形网络是其中的方式之一( (也可以用也可以用T T型型网络网络) )。图中。图中RLRL代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，RPRP代表由代表由RLRL

21、折合到左折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。端的等效电阻，故接线用虚线表示。u 形网络SCSeLLLSRXQRQRXRQQRR21222122211LeLeLeLSeLSLSRRRRQRQRRQRQRRRQRR即，或即1111112121212 以下图是两种以下图是两种形网络是其中的方式之一形网络是其中的方式之一( (也可以用也可以用T T型型网络网络) )。图中。图中R2R2代表终端代表终端( (负载负载) )电阻，电阻，R1R1代表由代表由R2R2折合到左折合到左端的等效电阻，故接线用虚线表示。端的等效电阻，故接线用虚线表示。u T型网络2112122/21)1 (11LLLRQRRC

22、RCQeLeLQQRLRQRQRLLeLL)1 (21/ )1 ()1 (2222212.4 电子噪声电子噪声l 噪声是一种随机信号，其频谱分布于整个无线电任务噪声是一种随机信号，其频谱分布于整个无线电任务频率范围，因此它是影响各类收信机性能的主要要素之一。频率范围，因此它是影响各类收信机性能的主要要素之一。 l 噪声和干扰是两个不同的术语，但没有本质的区别。噪声和干扰是两个不同的术语，但没有本质的区别。习惯上，将外部的称为干扰，内部的称为噪声。习惯上，将外部的称为干扰，内部的称为噪声。l 干扰与噪声的分类如下：干扰与噪声的分类如下： l1干扰普通指外部干扰，可分为自然的和人为的干扰。干扰普通

23、指外部干扰，可分为自然的和人为的干扰。 自然干扰有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。自然干扰有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等。 人为干扰人为干扰主要有工业干扰和无线电器的干扰。主要有工业干扰和无线电器的干扰。 l 2噪声普通指内部噪声，也可以分为自然的和人为的噪声普通指内部噪声，也可以分为自然的和人为的噪声。噪声。 本章主要讨论自然噪声，对工业干扰和天电干扰只本章主要讨论自然噪声，对工业干扰和天电干扰只做简单的阐明。做简单的阐明。l 抑制干扰的措施是消除、切断和躲避干扰。抑制干扰的措施是消除、切断和躲避干扰。 实际上说，任何电子线路都有电子噪声，但是由于通常实际上说，任何电子线路都有电子噪声，但

24、是由于通常电子噪声的强度很弱，因此它的影响主要出如今有用信号比电子噪声的强度很弱，因此它的影响主要出如今有用信号比较弱的场所，在电子线路中，噪声来源主要有两方面：较弱的场所，在电子线路中，噪声来源主要有两方面： 电阻电阻热噪声和半导体管噪声，两者有许多一样的特性。热噪声和半导体管噪声，两者有许多一样的特性。 1. 1. 电阻的热噪声电阻的热噪声 电阻由导体等资料组成，导体内的自在电子在一定的温度电阻由导体等资料组成，导体内的自在电子在一定的温度下总是处于下总是处于“无规那么的热运动形状，这种热运动的方向和无规那么的热运动形状，这种热运动的方向和速度都是随机的。速度都是随机的。 自在电子的热骚动

25、在导体内构成非常弱的自在电子的热骚动在导体内构成非常弱的电流。电流。 2.4.2 噪声的来源和特点噪声的来源和特点 电阻热噪声作为一种起伏噪声，具有极宽的频谱，从零频电阻热噪声作为一种起伏噪声，具有极宽的频谱，从零频不断延伸到不断延伸到101213Hz以上的频率，而且它的各个频率分量的以上的频率，而且它的各个频率分量的强度是相等的。强度是相等的。 这种频谱与白色光的光谱类似，因此将具有这种频谱与白色光的光谱类似，因此将具有均匀延续的噪声叫做白噪声，电阻的热噪声就是一种白噪声。均匀延续的噪声叫做白噪声，电阻的热噪声就是一种白噪声。 (1)热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度当电阻的温度为

26、当电阻的温度为T(K)时，电阻时，电阻两端噪声电压的均方值为奈两端噪声电压的均方值为奈奎斯特公式奎斯特公式kTBRETBKJkkkTBRdteTEnTnTn4.,/1037. 141lim23-022均方根值（有效值）为绝对温度为带宽，为波尔兹曼常数，式中，)/(4)/(422HzAkTGSHzVkTRSIU 为了方便计算，引入噪声电压谱密度和噪声电流谱密度，为了方便计算，引入噪声电压谱密度和噪声电流谱密度，分别定义为：单位频带内的噪声分别定义为：单位频带内的噪声电压和噪声电流均方值。电压和噪声电流均方值。2线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 多个电阻的热噪声多个电阻的热噪声符合均方叠加原则

27、。联电阻的总热噪声为相同的温度下，两个串电压是统计独立的，在假设各个电阻的热噪声)(42122212nRRkTBEEEnn 热噪声经过线性网络热噪声经过线性网络022)(dfSESjHSUonUiUo对于并联谐振电路，电路的传输函数为对于并联谐振电路，电路的传输函数为222)1()1()(,)1(1)(CLrCjHCLjrCjjHkTrCLrCSjHSUiUo4)1(1)(2222并联谐振回路的阻抗为：并联谐振回路的阻抗为：CjLjrLjrCjjXRee1)()(1阻抗的实部为：阻抗的实部为：222)1()1(CLrrCRe因此，可得到噪声功率密度为：因此，可得到噪声功率密度为：eUokTRk

28、TrCLrCS44)1(1222重要结论：对于线性二端网络，重要结论：对于线性二端网络，其噪声电压或电流谱密度其噪声电压或电流谱密度SU或或SI可用等效电阻可用等效电阻Re(或或Ge)表示。表示。输出端的噪声电压均方值为输出端的噪声电压均方值为fdffQRkTfkTrdCrfdSdfSEUoUon20022202)2(1441)(1 噪声带宽噪声带宽 假设有一等效噪声带宽假设有一等效噪声带宽B0对应最大传输对应最大传输H0,此时的输出噪此时的输出噪声电压均方值为声电压均方值为20020220020n2)()(4)(4HdfjHBdfjHkTRdfjHSdfSHkTRBEnUiUon所以，等效噪

29、声带宽为220000)(1r24CrRRQfkTR为回路的谐振电阻式中，对于并联谐振回路，等效噪声带宽为对于并联谐振回路，等效噪声带宽为7 . 02BBn 3.2.2 3.2.2 二极管的噪声二极管的噪声 晶体二极管任务形状可分为正偏和反偏两种。晶体二极管任务形状可分为正偏和反偏两种。 正偏运用时，主要是直流经过正偏运用时，主要是直流经过pn结时产生散粒噪声。结时产生散粒噪声。 反偏运用时，因反向饱和电流很小，故其产生的散粒噪反偏运用时，因反向饱和电流很小，故其产生的散粒噪声也小，假设到达反向击穿如稳压管，又分两种情况：声也小，假设到达反向击穿如稳压管，又分两种情况： 齐纳击穿二极管主要是散粒

30、噪声，个别的有齐纳击穿二极管主要是散粒噪声，个别的有1/f噪声噪声(闪烁噪闪烁噪声声)。 雪崩击穿二极管的噪声较大，除有散粒噪声，还有多雪崩击穿二极管的噪声较大，除有散粒噪声，还有多态噪声，即其噪声电压在两个或两个以上不同电平上进展随态噪声，即其噪声电压在两个或两个以上不同电平上进展随机转换，不同电平能够相差假设干个毫伏。机转换，不同电平能够相差假设干个毫伏。 这种多电平任这种多电平任务是由于结片内杂质缺陷和结宽的变化所引起。务是由于结片内杂质缺陷和结宽的变化所引起。 硅二极管任务电压在硅二极管任务电压在4V以下是齐纳二极管，以下是齐纳二极管，7V以上的是以上的是雪崩二极管，雪崩二极管，4V7

31、V之间两种二极管都有。之间两种二极管都有。 为了低噪声运为了低噪声运用，最好选用低压齐纳二极管。用，最好选用低压齐纳二极管。 3.2.3 3.2.3 晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声 晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的另一个重要来晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的另一个重要来源。源。 普通说来，在一个放大电路中，晶体三极管的噪声往普通说来，在一个放大电路中，晶体三极管的噪声往往比电阻热噪声强得多，在晶体三极管中，除了其中某些往比电阻热噪声强得多，在晶体三极管中，除了其中某些分布，如基极电阻分布，如基极电阻rbb会产生热噪声外，还有以下几种噪会产生热噪声外，还有以下几种噪声来源。声来源。1.

32、散弹粒噪声散弹粒噪声 在晶体管的在晶体管的pn结中包括二极管的结中包括二极管的pn结，每个载流子结，每个载流子都是随机地经过都是随机地经过pn结的包括随机注入、随机复合。结的包括随机注入、随机复合。 大大量载流子流过结时的平均值单位时间内平均决议了它的量载流子流过结时的平均值单位时间内平均决议了它的直流电流直流电流I0，因此真实的结电流是围绕，因此真实的结电流是围绕I0起伏的。起伏的。 这种由于这种由于载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹噪声，或散粒噪声。载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹噪声，或散粒噪声。 由于散弹噪声和电阻热噪声都是白噪声，前面关于热噪由于散弹噪声和电阻热噪声都是白噪声，

33、前面关于热噪声经过线性系统的分析对散弹噪声也完全适用。声经过线性系统的分析对散弹噪声也完全适用。 这包括均这包括均方相加的原那么，经过四端网络的计算以及等效噪声带宽等。方相加的原那么，经过四端网络的计算以及等效噪声带宽等。 晶体管中有发射结和集电结，由于发射结任务于正偏，晶体管中有发射结和集电结，由于发射结任务于正偏，结电流大。结电流大。 而集电结任务于反偏，除了基极来的传输电流而集电结任务于反偏，除了基极来的传输电流外，只需反向饱和电流它也产生散弹噪声。外，只需反向饱和电流它也产生散弹噪声。 因此发射因此发射结的散弹噪声起主要作用，而集电结的噪声可以忽略。结的散弹噪声起主要作用，而集电结的噪

34、声可以忽略。 晶体管中经过发射结的少数载流子，大部分由集电极搜集，晶体管中经过发射结的少数载流子，大部分由集电极搜集，构成集电极电流，少数部分载流子被基极流入的多数载流子构成集电极电流，少数部分载流子被基极流入的多数载流子复合，产生基极电流。复合，产生基极电流。 由于基极中载流子的复合也具有随机由于基极中载流子的复合也具有随机性，即单位时间内复合的载流子数目是起伏变化的。性，即单位时间内复合的载流子数目是起伏变化的。 晶体管晶体管的电流放大系数的电流放大系数、只是反映平均意义上的分配比。只是反映平均意义上的分配比。 这种因这种因分配比起伏变化而产生的集电极电流、基极电流起伏噪声，分配比起伏变化

35、而产生的集电极电流、基极电流起伏噪声，称为晶体管的分配噪声。称为晶体管的分配噪声。 分配噪声本质上也是白噪声，但由于渡越时间的影响，分配噪声本质上也是白噪声，但由于渡越时间的影响，当三极管的任务频率高到一定值后，这类噪声的功率谱密度当三极管的任务频率高到一定值后，这类噪声的功率谱密度将随频率的添加而迅速增大。将随频率的添加而迅速增大。 2. 分配噪声分配噪声3. 闪烁噪声闪烁噪声 由于半导体资料及制造工艺程度呵斥外表清洁处置不好由于半导体资料及制造工艺程度呵斥外表清洁处置不好而引起的噪声称为闪烁噪声。而引起的噪声称为闪烁噪声。 它与半导体外表少数载流子它与半导体外表少数载流子的复合有关，表现为

36、发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度的复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度与频率近似成反比，又称与频率近似成反比，又称1/ f 噪声。噪声。 因此，它主要在低频因此，它主要在低频如几千赫兹以下范围起主要作用。如几千赫兹以下范围起主要作用。 这种噪声也存在于这种噪声也存在于其他电子器件中，某些实践电阻器就有这种噪声。其他电子器件中，某些实践电阻器就有这种噪声。 晶体管晶体管在高频运用时，除非思索它的调幅、调相作用，这种噪声的在高频运用时，除非思索它的调幅、调相作用，这种噪声的影响也可以忽略。影响也可以忽略。 3.2.4 3.2.4 场效应管噪声场效应管噪声 在场效应管中，由于其任务原

37、理不是靠少数在场效应管中，由于其任务原理不是靠少数载流子的运载流子的运动，因此散弹噪声的影响很小。动，因此散弹噪声的影响很小。 场效应管的噪声场效应管的噪声有以下几个方面的来源：有以下几个方面的来源： 沟道电阻产生的热噪声，沟道电阻产生的热噪声，沟道热噪声经过沟道和栅极电容的耦协作用在栅极沟道热噪声经过沟道和栅极电容的耦协作用在栅极上的感应噪声，闪烁噪声。上的感应噪声，闪烁噪声。 必需指出，前面讨论的晶体管中的噪声，必需指出，前面讨论的晶体管中的噪声，在实践放大器在实践放大器中将同时起作用并参与放大。中将同时起作用并参与放大。 有关晶体管的噪声有关晶体管的噪声模型和晶体管放大器的噪声比较复杂，

38、这里就不讨模型和晶体管放大器的噪声比较复杂，这里就不讨论了。论了。 3.2.5 3.2.5 接纳天线噪声接纳天线噪声 接纳天线端口呈现噪声有两个来源：接纳天线端口呈现噪声有两个来源： 第一第一是欧姆电阻产是欧姆电阻产生的噪声通常可以忽略；第二是接纳外来噪声生的噪声通常可以忽略；第二是接纳外来噪声能量，其能量，其一是接纳周围介质辐射的噪声能量，其二是宇宙辐一是接纳周围介质辐射的噪声能量，其二是宇宙辐射干扰也射干扰也会被天线接纳。会被天线接纳。 因此，天线噪声是与其周围的介质温度、天线的指向及因此，天线噪声是与其周围的介质温度、天线的指向及频率有关的物理量。频率有关的物理量。 为了工程的方便，一致

39、规定用天线的为了工程的方便，一致规定用天线的辐射电阻辐射电阻RA是计算天线辐射功率大小的一个重要参量，是计算天线辐射功率大小的一个重要参量，不是天线的欧姆电阻在温度不是天线的欧姆电阻在温度TA产生热噪声来表示天线的产生热噪声来表示天线的噪声性能。噪声性能。 TA称为天线的有效噪声温度。称为天线的有效噪声温度。 研讨噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。研讨噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。 因此，因此，分开信号谈噪声是无意义的。分开信号谈噪声是无意义的。 从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，

40、即信噪比，记大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为为SN信号功率与噪声功率比。信号功率与噪声功率比。 即使噪声电平绝对值即使噪声电平绝对值很高，但只需信噪比到达一定要求，噪声影响就可以忽略。很高，但只需信噪比到达一定要求，噪声影响就可以忽略。 否那么即使噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比否那么即使噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于低于1，那么信号依然会淹没在噪声中而无法区分。，那么信号依然会淹没在噪声中而无法区分。 因此信因此信噪比是描画信号抗噪声质量的一个物理量。噪比是描画信号抗噪声质量的一个物理量。 2.4.3 2.4.3 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪

41、声温度1. 1. 噪声系数的定义噪声系数的定义噪声系数可由下式表示噪声系数可由下式表示 输出端信噪比输入端信噪比FNnooniioiFPPPPNSNSN/)/()/(nooniidBFPPPPN/lg10)( 设设Pi为信号源的输入信号功率，为信号源的输入信号功率，Pni为信号源内阻为信号源内阻RS产生的产生的噪声功率，噪声功率，Po和和Pno分别为信号和信号源内阻在负载上所产生分别为信号和信号源内阻在负载上所产生的输出功率和输出噪声功率。的输出功率和输出噪声功率。 图图2-38 噪声系数的定义噪声系数的定义要描画放大系统的固有噪声的大小，要描画放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为就要用噪声系数，其定义为或或ipaipapiipoPiooiFNKNNKNKNNFNKNKNNNSNSN/1,/)/()/(信噪比与负载的关系信噪比与负载的关系 设信号源内阻为设信号源内阻为RS，信号源的电压为，信号源的电压为US有效值，有效值，当它与负载电阻当它与负载电阻RL相接时，在负载电阻相接时，在负载电阻RL上的信噪比计上的信噪比计 算如下：算如下： 信号源在信号源在RL上的功率上的功率 LLssoRRRUP2信号源内阻噪声在信号源内阻噪声在RL上的功率上的功率 在负载两端的信噪比结论：在负载两端的信噪比结论： 信号源与任何负载相接本信号源与任何负载相接本不影响其输入端信噪比，即