通信电子电路第8章-噪声与干扰（已改）

第8章：噪声与干扰内容提要噪声的来源和特点干扰噪声源电容性耦合与屏蔽电感性耦合与屏蔽信号地线的接地方式概述噪声与干扰指除了有用信号以外的其他所有无用信号。习惯上，有电路内部产生的无用信号称为内部噪声，来自电路外部的无用信号称为干扰。噪声与干扰通常都具有随机特性。它们是影响接收机性能的主要因素之一。来自电路外部的无用信号称为外部噪声，通常也称为干扰本章主要讨论自然噪声：噪声的来源和特点噪声的表示和计算干扰和噪声都具有随机性8.1噪声的来源和特点由电阻内部的自由电子无规则的热运动产生，又称为起伏噪声：是许多持续时间极短的脉冲电流叠加的结果长时看总和为零，但在每一瞬时电流在某一方向都有一定数值频率范围很宽，可认为是“白噪声”8.1.1电阻热噪声的大小(一)噪声电压的均方值：可看做是噪声电压在单位电阻上消耗的平均功率功率谱密度：单位频带内的功率电阻热噪声电压的功率谱密度：波尔兹曼常数T为热力学温度R为电阻的阻值电阻热噪声的大小(二)若系统工作频带(或测量噪声功率时的频带宽度)为，则电阻热噪声的均方值为：电压有效值为：电流有效值为：电阻热噪声的大小(三)工程应用中，常以1KΩ电阻产生的噪声电压作为计算的标准电阻阻值越大，产生的热噪声电压越大。所以，小阻值电阻产生的热噪声电压比较小。在电路中，能使用小阻值电阻的地方不使用大阻值。高频电路中电阻的等效电路：

构成高频电路，电阻应该具备或选择电阻的条件：（1）尺寸必须尽可能地小：尺寸越小，高频特性越好，其分布电容越小，分布电感也越小。（2）电阻的引线越短越好：引线越短，引线电感越小，高频特性越好。同样长的引线较粗的引线感抗较小。贴片电阻比引线电阻的高频特性好。在实际应用中，尽量采用贴片电阻。（3）低阻值的电感值小，高阻值的电感大，低阻值电阻的高频特性比高阻值电阻高频特性要好。（4）在一般的高频电路中，低阻抗电路不使用高阻值电阻。（5）同种结构材料阻值相同的电阻，其高频特性为：功率大的比功率小的要好。8.1.2电容器的噪声：

阻容并联时的热噪声电压与电阻的阻值无关，仅仅取决于并联在电阻两端的电容C及绝对温度T的大小。电容越大，热噪声电压越小。其计算公式为：构成高频电路的电容选择及要求：电容的种类非常多，根据材料性质特性合理选择电容器。高频电容宜选择如高频陶瓷类，云母类等电容，以损耗小，温度稳定性好为最佳。电源旁路电容可以选择电解电容，陶瓷电容，穿心电容等。一般高频电源的旁路电容需要大电容和小电容并联组成。尽量不使用引线电容，使用贴片电容。引线电容存在引线电感，引线会使电容的高频特性下降。8.1.3电感变压器的噪声：电感变压器本身存在损耗电阻，会产生热噪声，其热噪声电压的计算方法和电阻的热噪声计算方法相同。更主要的是存在电磁感应现象，产生感应电压。要完全消除外来的电磁现象是不可能的，只能努力设法使其减小到最小程度。对于变压器可以采用特殊绕制工艺，屏蔽措施等，使得外来的电磁感应降低到最小。同时设法减小线圈的直流电阻，减小损耗，减低噪声。高频线圈通常采用带磁性的电感线圈或者采用空心线圈绕制而成。一般工作频率在几十兆赫兹以下，常采用带磁性的电感较多。如一般的455KHZ的中频变压器和10.7HZ中频变压器等较多采用带磁性的变压器线圈。工作频率在100MHZ或以上时，宜采用空心线圈做电感。减小电感线圈产生的热噪声电压，主要考虑选择高的品质因数Q值，降低电感线圈的损耗，减小产生的热噪声电压。如采用线径粗的线绕制的电感线圈比采用细的线径绕制的电感线圈其损耗小。在高频应用时，会采用镀银线作为空心线圈的绕制导线。其品质因数Q值比采用相同规格的普通漆包线的Q值要高的多。8.1.4晶体管的噪声（一）：一、热噪声晶体管的热噪声主要有基区体电阻

产生，它和电阻的热噪声一样，计算方法也和电阻产生的热噪声的计算相同。二、散粒噪声散粒噪声是通过PN结的载流子在平均电流

上随机起伏引起的噪声，其噪声电流均方电流谱密度为：

(A²/HZ)

为每个载流子所载电荷量的绝对值

为通过PN结的平均电流值

为系统的带宽晶体管的噪声（二）：三、分配噪声分配噪声是由于载流子在基区复合的随机性，造成基极和集电极电流的随机波动而引起的噪声，其集电极噪声均方值为：四、闪烁噪声闪烁噪声是由晶体管的制造工艺不完善造成的噪声，起电流谱密度近似于频率成反比，所以闪烁噪声又叫做

噪声。它不是白噪声。它主要在低频范围内起作用。一般集中在频率几

以下的低频范围，在高频工作时，可以忽略。1.二极管的噪声1、正向偏压工作二极管中流过的电流，会引起散粒噪声电流。在低频范围内也会产生闪烁噪声。散粒噪声是白噪声，闪烁噪声不是白噪声。2、反向偏压工作二极管反向偏压工作时反向饱和电流较小，产生的散粒噪声较小。反向工作的雪崩二极管，还有

结内的缺陷和

结的不均匀性会造成的多态噪声。2.双极型晶体管的噪声1）、双极性型晶体管有很多种噪声，主要有热噪声，低频噪声，散粒噪声。晶体管中频区的等效噪声电压和噪声电流有如下表达式：

双极晶体管在电路中主要用作放大器件，最佳噪声系数F

最佳源内阻Rs

2）、双极性晶体管的特点①双极型晶体管有共射极，共集电极，共基极3种接法，其噪声系数大致相同。在选择电路时，其接法可以不加考虑。②一般在几KHz以下主要是低频噪声，即：1/f噪声；在高频区主要是f²噪声；在中频区主要是白噪声。噪声因数NF与工作频率f的关系如下图所示：③低噪声双极晶体管放大电路的设计应该选择工作频率高、输入电阻小、放大倍数大的管子，并采用合适的源内阻和设置合适的静态工作点。8.1.5噪声系数放大器噪声系数NF的定义单级线性放大器的噪声系数多级线性放大器的噪声系数其中：Pno为放大器输出端的总噪声功率

Gp为线性放大器的功率增益

Pni为信号源内阻Rs产生的噪声功率在多级线性放大器中，各级放大器的噪声系数对于总噪声系数的影响是不同的。前级的影响比后级的大，而且总噪声系数还和各级的功率增益有关。所以，为了减小多级线性放大器的总噪声系数，必须降低前级线性放大器的噪声系数，尤其是要降低第一级线性放大器的噪声系数，并增大前级的功率增益，尤其是第一级线性放大器的功率增益。重要结论2、前级对总噪声的影响最大，越后级影响越小。1、要使级联总噪声系数小，就得要各级NF小、增益Api大。8.2干扰噪声源（1）、尖峰脉冲干扰（2）、工频电磁场的干扰（3）、射频噪声（4）、地电位差噪声（5）、摩擦电噪声（6）、导体在磁场中的运动（7）、电化学噪声如果信号源和放大器采用不同的接地点，这些接地点之间往往存在或大或小的地电位之差。克服地电位差噪声的不利影响的有效办法就是采取合适的接地技术或隔离技术。电网中大功率开关的通/断，电机、变压器和其它大功率设备的启/停，电焊机工作等原因，工频电网中频繁出现尖峰干扰脉冲。如果电路板清理不好，则某些化学物质的污染与潮湿空气混合时就可能形成电解液，与其接触的电路中的不同金属之间就可能形成化学电池，造成干扰。8.3电容性耦合与屏蔽电路或系统的两个部分或者两个元器件，两根导线之间存在电容就有电容性耦合，这是一种普遍存在的耦合方式。两根导线之间的电容性耦合两根导线之间电容性耦合等效电路图导线1上的电压为V1是干扰源电压，导线2为被干扰的电路，则根据等效电路求得在导线2上的干扰电压为:如果工作频率比较低（几百KHz工作范围）表明，干扰电压与干扰源的频率，导线之间的耦合电容，干扰电压及被干扰的对地电阻等参数有关。8.4电感性耦合与屏蔽

若一个回路里的电流在另一个回路中产生磁通，则在回路1和回路2之间就存在一个互感M。可以看出，减小M值（例如，改变形状如:两个电感线圈回路相互垂直放置、拉开两个回路相互间的距离等），减小干扰回路1中的电流，都可以减小感应电压Vd。注意：一个不接地或者一端接地的屏蔽体，对导线的磁感应的干扰电压不起屏蔽作用。当采用两端接地的屏蔽体防止磁感应时，只有频率比较高时才能起到防磁感应的作用。防止被干扰回路受磁感应影响的最好办法是减小被干扰回路的面积。8.5信号地线的接地方式信号接地的方式有两种方式：单点接地方式频率低于1MHz以下，使用单点接地方式；多点接地方式频率高于10MHz以上时大部分采用多点接地方式；两种方式并用频率介于1MHz和10MHz之间注意的几点事项1.任何导线都具有一定的阻抗，也就是任何导线都具有电阻和电抗。当频率较高时，不但要考虑导线的电阻，还要考虑导线的电抗。2.两个分开的接地点很难做到或很难保证是等电位。3.交流电源的地线不能作为信号的地线，一段电源交流地线的两点之间会存在相当大的交流电压，对于微弱信号的回路来讲就是一个非常严重的干扰源。8.5.1单点接地连接方式单点串联接地接地N个电路的电流流经共同地线，相互产生干扰。这样的连接方式，对于小信号是不合适的。特别是当各电路之间的电平相差很大时，这种接地方式连接的高电平电路的地电流将会严重干扰低电平电路。单点串联接地适用的范围及特点1.接线简单，布线方便，在对噪声特性要求不高的电路中普遍采用。2.广泛应用于脉冲数字电路。3.不适用于各部分电路功率差异较大的情况。4.不适合用于数字和模拟混合电路情况，尤其是小信号处理系统。单点并联接地这个接地方式对于低频小信号最适用单点并联接地方式的适用范围及特点是：1.在高频情况下，各部分电路的地线之间会通过分布电容和分布电感的耦合而形成相互干扰。在很高频率的情况下，接地线的等效阻抗会很大，会像天线一样向外发射电磁波噪声。2.当频率低于1MHz时，这种接地方式很实用。3.当频率为1MHz-10MHz，要注意最长的接地线不要超过波长的1/20。4.当频率高于10MHz时，必须考虑使用多点接板地方式。8.5.3多点接板地方式多点接板地方式主要用于高频电路的接地连接，以降低接地阻抗。高频多点接板地的特点及使用范围：1.多点接板地方式适用于高频电路，以降低接地阻抗。2.多点接板地方式不适用于低频大电流情况。3.多点接板地方式的典型应用于印制线路板中的大面积敷铜箔设计。8.5.4混合接地方式

混合接地方式是在单点并联接地的基础上，各部分电路又用小电容就近连接到接地板上的一种接地方式。混合接地方式的特点及范围：1.适用于各部分电路的工作频率范围很宽，既有高频分量又有低频分量的情况。2.在单点并联接地的基础上，各部分电路用小电容就近接到接地板上，这种接地方式是综合了前两种接地方式的优点。3.对于低频低电流，由于小电容的阻抗很大，相当于单点并联接地；而对于高频地电流，小电容阻抗很小，这种方式相当于多点接板地。小

结

选择合理的接地方式，对于小信号电路的稳定可靠工作至关重要。消除电流的干扰影响在实际应用中还有多种方式如：1.