高频电子线路4

第三节电子噪声及其特性

干扰（或噪声）是除有用信号外的一切不需要的信号和各种电磁扰动的总称。

干扰与噪声是两个同义的术语，习惯上将外部来的不需要信号称为干扰，内部产生的称为噪声。一、概述干扰分为人为干扰和自然干扰人为干扰：高频和工频设备、不需要的无线电台、产生电火花的设备、气体放电器件。自然干扰：雷电、带电的雨、雪和灰尘运动、流星余迹以及太阳的活动等。抑制干扰的方法：消除干扰源、躲避干扰、切断干扰传播途径。二、电子噪声的来源与特性

在电子线路中，噪声来源主要是：电阻热噪声和半导体管噪声。（纯电抗不产生噪声）1、热噪声:

热噪声(布朗噪声)——由电阻(或导体)内的自由电子热运动产生的。自由电子的热运动是随机运动。

热运动引起噪声电压，在导体内形成起伏的电流，引起的噪声称为起伏噪声或热噪声。

当电阻的温度为T(K)时电阻两端的噪声电压的均方值为：B:

测量电压时的带宽。K:

波尔茨曼常数电阻的热噪声是白噪声。均方电压谱密度和均方电流谱密度为：【例】试计算510kΩ电阻的噪声均方值电压和均方值电流。设Ｔ＝２９０K,ＢＷ＝１００kＨｚ。

解:（1）多个电阻的热噪声多个电阻混联（温度相同）时的热噪声等与混联后的总电阻产生的热噪声。2热噪声通过线性网络3、功率谱密度与噪声带宽

在最坏情况下，R=RN，传送到负载R上噪声功率是：

噪声源等效电路

噪声电压均方值:在单位带宽（1Hz）内的噪声电压均方值：电阻热噪声的功率谱密度

由于带通线性系统的滤波作用，滤除了热噪声中的一部分频率分量，使其频率发生了变化，功率频谱密度变成了频率的函数。

系统输出端的噪声电压均方值：

工程中将系统功率传输函数H2(f)曲线与f轴之间的面积与功率传输函数的比值定义为BN，即

等效噪声带宽为f=fo时的功率传输函数值二、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。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。分配噪声实际上也是一种散弹噪声,但它的功率频谱密度是随频率变化的,频率越高,噪声越大。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工作的,沟道中多子的不规则热运动会在场效应管的漏极电流中产生类似电阻的热噪声,称为沟道热噪声,这是场效应管的主要噪声源。其次便是栅极漏电流产生的散弹噪声。场效应管的闪烁噪声在高频时同样可以忽略。

第四节、噪声系数和等效噪声温度1、噪声系数

用信号功率S与噪声功率N之比，即信噪比S／N来衡量信号的质量。信噪比S／N越大，信号质量越好。定义输入信噪比和输出信噪比的比值为噪声系数NF，即NF——表明电路的噪声性能，如果是无噪声网络，NF=1,否则NF>1,内部噪声越大，NF越大。

噪声系数NF常用db表示：

噪声系数NF——表明当一个信号从电路的输入传到输出端时，信噪比恶化的程度。例如，噪声系数为3dB的放大器表明输出端的信噪比比输入端小3dB。对一个理想的无噪声放大器，噪声系数NF=0dB。在计算噪声系数时，输入噪声功率取信号源内阻RS

的最大输出功率，Ni=kTB,RS的温度取290K。多级级联电路总噪声系数的计算设输入、输出信号功率为Si、So，输入、输出噪声功率为Ni、No。第一级的输入噪声Ni1和第二级的输入噪声Ni2分别是各级电路内电阻产生的热噪声功率，即Ni1=Ni2=kTB。

第一级的输出噪声功率:

同理，可求得第二级电路的内部噪声功率

:第一级电路的内部噪声功率:

两级的输出噪声功率:

两级级联电路总噪声因数:

推广，n级级联电路的总噪声因数:结论：为了降低多级电路总噪声系数，往往要尽量降低第一级、第二级的噪声系数。这就是接收机的前端放大器（第一级或第二级电路）必须采用低噪声放大器的原因。

无源四端网络的噪声系数：

在接收机的输入端加入一个衰减器（或者因馈线引入衰减），就会使系统（包括衰减器和接收机）的噪声系数增加。2、等效噪声温度

对任何一个线性电路所产生的热噪声输出，都可以用温度为TN和处于电路输入端的电阻热噪声功率来等效，即

NA为电路热噪声输出功率，NiA为NA折算到电路输入端的热噪声功率，Kp为电路功率增益。而电路输入热噪声Ni是由信号源内阻RS，处于环境温度T所产生的热噪声，

噪声系数:

TN表明一个信号在通过一个接收机传输时，信噪比降低的程度。TN越小，接收机的质量就越好。TN的典型值范围通常从20K到4000K左右。

等效噪声温度:四、 接收灵敏度

接收灵敏度S(dBm)——接收机接收微弱有用信号能力强弱定义：在保证必要的输出信噪比条件下，接收机输入端所需的最小有用信号电平。该电平越低，则接收灵敏度越高，表示接收微弱信号的能力也越强。

令输出信噪比为:

解：1.10某接收机前端两级的增益、噪声系数如图所示、带宽B=20KHz,天线噪声温