第3章 放大器中的噪声

3.9放大器中的噪声（P100）一、什么是干扰(interference)？◆通信，要求以无线或有线的方式，将信息安全、准确、及时、不失真地传递给对方。◆信号在媒质中传播，不可避免受到各种干扰：

♣雨天的闪电、雷声♣工厂的电动机、电焊机的电火花♣电台之间的相互干扰（“美国之音”）♣来自宇宙的x射线、γ射线、宇宙射线◆定义：妨碍通信设备正常传输和接收的（外部）电磁振荡。◆分类自然干扰：天电干扰、宇宙干扰、大地干扰人为干扰：无线电台的干扰、工业干扰1二、什么是“噪声”（noise）？

“噪声”与“干扰”是孪生兄弟，但有区别：◆

定义：一般指内部噪声，由带电粒子的无规则运动产生。

（如：在电阻、晶体管、谐振回路的内部，由带电微粒的无规则运动产生噪声）◆分类：外部噪声：包括各种电磁干扰：天电干扰，宇宙干扰，大地干扰，工业干扰，…内部噪声：由元器件内部带电粒子的无规则运动产生，大多为白噪声（在整个频域内，功率谱密度均匀分布的噪声；亦即：所有不同频率点上能量相等的随机噪声）◆注：白噪声,无处不有。2与通信设备的性能密切相关。如：对接收机的灵敏度、可靠性、选择性等有影响。三、干扰与噪声对通信的影响四、干扰与噪声涉及的知识面各种技术资料（如：设备使用说明书、元器件功能介绍等资料）、教科书中，都会涉及到，而且是一个重要知识点。3五、研究的主要内容

１.电阻、晶体管、场效应管内部噪声的主要来源；２.噪声的表示与计算；（重点）３.降噪的主要措施。43.9.1噪声的来源与表示（P100）一、噪声的起源电阻、晶体管、谐振回路中都有大量的自由电子。这些自由电子处在无规则的运动中，不停地碰撞、复合，产生二次电子；温度越高，电子的运动越剧烈，是一个随机过程（是一个随机变化的值）。电阻中，电子的每一次无规则运动，都会在电阻的两端感应出一个很小的电压；因此，大量热运动的电子会在电阻的两端产生起伏噪声电压vn（t）。

51.噪声电压的平均值：代表噪声的直流分量。

◆对于白噪声,

。◆噪声电压vn

(t)总是在平均值附近上下波动。◆

缺点：不能反应噪声的起伏强度。

◆起伏噪声电压的变化是不规律的，没有一定的周期，因此必须在长时间内（T→∞）取平均值。二、噪声的表示方法注：6２.噪声电压的均方值（方差）：代表噪声功率。

均方值：(P102)均方根值：，表示噪声电压交流分量的有效值。7３.噪声电压的频谱（P102）电子器件内部，带电粒子作无规则运动，可看成是无数个持续时间τ

极短（10-13~10-14

s）的脉冲叠加起来的。对于幅度为1，宽度为τ

的单个脉冲，时域中的波形和频域中的振幅频谱密度见下图：时域频域8在整个无线电频率f范围内，

(T表信号周期,T=1/f)

∴单个噪声脉冲的振幅频谱密度在整个无线电频率范围里都是均等的。但不存在整个噪声电压的频谱(理由见P103)。其中，振幅频谱密度可用数学表达式表示为：9４.噪声的功率谱S（f）（P103）

◆噪声的频谱特性，只能用功率谱表示。◆功率谱表示单位频率内噪声的功率，单位为。◆噪声的平均功率可由功率谱来计算：均方值（方差）103.9.2电阻热噪声(P104)一、热噪声的产生二、电阻热噪声的计量１.功率谱：２.平均功率：电阻内自由电子的热骚动起伏电流噪声电压。（噪声电压的均方值）（噪声电流的均方值）式中，波尔兹曼常数；T为绝对温度（=摄氏温度+273），单位为K;为电路的等效噪声带宽；R(或Ｇ)为内的电阻（或电导）值。11噪声电压的有效值：噪声电流的有效值：3.谐振电路的热噪声功率（P105）因此：式中，Rp

为谐振电路中的谐振电阻为电路的等效噪声带宽（P105）123.9.4晶体管的噪声（P107）一、热噪声

主要存在于 (基区体电阻）内。二、散粒噪声

是晶体管噪声的主要来源，主要由晶体管的发射结产生。其噪声电流的均方值为：三、分配噪声

主要原因：基区少子复合的随机性引起的起伏性。四、闪烁噪声（1/f噪声）

与信号频率f成反比，高频区没有。（P108）133.9.5场效应管的噪声(P109)一、热噪声由漏、源之间的等效电阻产生；由沟道内电子不规则运动产生。二、散粒噪声由栅、源之间ＰＮ结的泄漏电流引起。三、闪烁噪声注：场效应管的噪声比晶体管低得多。14（1）信噪比（SNR＝signalnoiseratio）：同一地点或同一端口

有用信号功率与噪声功率的比值，表征噪声对信号的危害程度。3.10噪声系数的表示和计算（P111）◆符号：◆表示方法：一、几个基本概念①用十进制表示：②用dB

表示：S/N（dB)◆十进制与dB之间的转换关系：十进制→dB:

dB→十进制:

15（2）噪声系数:输入信噪比与输出信噪比的比值。

◆物理意义：反映了信号经过放大后，信噪比变坏的程度。◆符号：Fn◆表示方法：①用十进制表示：②用dB

表示：Fn（dB)◆十进制与dB之间的转换关系：十进制→dB:16放大器在放大有用信号的同时，也放大噪声。此时，噪声包括两个部分：放大器的外部噪声Pni、放大器的内部噪声。设放大器的额定功率增益为AP，则有：上两式相除，可得：∴

输出信噪比比输入信噪比变小、变坏了。∴

噪声系数

Fn

>1的意义：信号经过放大器

后，输出信噪比比输入信噪比变坏的程度。Fn越小越好。

注：噪声温度可代表相应的噪声功率（P114）。输入端噪声的功率可表示为

(P113)（P111）输入端的噪声经放大后在输出端呈现的功率放大器自身的噪声经放大后在输出端呈现的功率17∴噪声系数FN

反应了放大器自身的内部噪声

带来危害的程度。越小越好！计算可得：放大器自身的噪声经放大后在输出端呈现的功率输入端的噪声经过放大后在输出端呈现的功率18可以证明，多级放大器的噪声系数为：讨论：的大小决定于第一级的和。3.10.3多级放大器的噪声系数(P115)第一级放大器的额定功率增益第二级放大器的额定功率增益第m-1

级放大器的额定功率增益19例1某接收机由高放、混频、中放三级组成。已知：高放级噪声系数Fn1＝3dB

；混频级的噪声系数Fn2＝10dB,额定功率增益APH2＝0.2

；中放噪声系数Fn3＝6dB。要求：加入高放前、后，整机的噪声系数之比为十分之一，求高放级的额定功率增益APH1。未加入高放前，混频为第一级，中放为第二级，其噪声系数为解：将噪声系数的dB数转换成十进制数：高放混频中放20根据噪声系数公式，加入高放后，依题意，加入高放后，噪声系数为加入前的1/10,解此方程有：总结（1）加入高放后，整机的噪声系数大幅度下降。所以，第一级应采用低噪声、高增益的电路。（2）整机噪声系数不是各级噪声系数的简单相加；各级有不同的加权系数。高放混频中放21例2：接收机等效噪声带宽近似为信号带宽，约为10kHz，输出信噪比为20dB，要求接收机的灵敏度为0.08PW，问室温下（270C）接收机的噪声系数应为多大？P113注：提高接收机灵敏度的方法有两个：

①降低整机的噪声系数；②降低接收机前端设备的温度。解：将输出信噪比的dB数转换成十进制数：根据噪声系数的概念有：22例3某接收机由输入、输出两级构成。当输出信噪比超过40dB(1040/10=104)时，会输出满意结果。该接收机输入级的噪声系数是10dB(=1010/10=10),功率传输系数是0.2；输出级的噪声系数是3dB(=103/10=2),并具有较高增益。若输入信噪比为105，问这样的接收机构造形式是否满足要求，是否需要加一个前置放大器？若前置放大器增益为10dB(=1010/10=10),则其噪声系数应为多大？解：依题意可知，该接收机对总的噪声系数Fn的要求为：若不加前置放大器，则总不满足要求。为满足要求，应加前置放大器;设其噪声系数为Fn0,则：即：前置放大器的噪声系数Fn0应小于8.6。?前置输入

输出23减少噪声系数的措施一、选用低噪声的元器件二、正确选择晶体管放大器的静态工作点特别是第一级，低噪声、高增益（100倍以上）三、选择合适的工作带宽严格限制线性放大部分的通频带