高频电路基础（ppt）第二章

1,第2章 高频电路基础,2.1 高频电路中常用的元器件和组件2.1.1 元件 2.1.2 高频电路中的常用电路1. LC谐振电路2. 其它形式的滤波器3. 高频变压器传输变压器4. 衰减器与阻抗变换器,2,2.2 电子噪声2.2.1 概述2.2.2 电子噪音的来源与特性1. 内部噪音的特点2. 电阻的热噪音3. 晶体管的噪音4. 场效应管的噪音,3,2.2.3 噪音系数与噪音温度 1. 噪音系数的定义2. 以额定功率定义的噪音系数3. 等效噪音温度 2.2.4 噪音系数的计算1. 额定功率法2. 开路电压法和短路电流法3. 级联四端网络的噪音系数4. 噪音系数与灵敏度 2.2.5 噪音系数的测量,4,计划授课学时：本章需要9个学时 主要教学内容：高频电路中的一些重要的基础知识，如谐振电路、抽头电路、传输变压器、电子噪音等。 教学目的：让学生熟练掌握各种常用电路，尤其是谐振电路原理、性能分析、参数计算以及它们的特点和应用。并对电子噪音的特点、产生原因以及噪音的计算有一定了解和掌握。,5,2.1 高频电路中常用的元器件和组件,2.1.1 元件 1.无源元件(1) 在高频时，电阻的分布电容和引线电感就不可能忽略了， 因此必须要考虑其电抗特性，它的高频等效电路如图2-1,图 2 -1 电阻的高频等效电路,(2)高频电感器与普通电感器一样, 电感量是其主要参数。 电感量L产生的感抗为jL, 其中, 为工作角频率。高频电感器也具有自身谐振频率SRF (Self Resonant Frequency)，在该处, 高频电感的阻抗的幅值最大, 而相角为零, 如图2 2所示,6,(3)由介质隔开的两导体即构成电容。 一个电容器的等效电路却如图2 -3（a）所示。 理想电容器的阻抗1/(jC), 如图2 3（b）虚线所示, 其中, f为工作频率, =2f。当频率大于SRF时，电容呈现出电感特性。,7,2 高频电路中的有源器件,(1) 二极管半导体二极管在高频中主要用于检波、 调制、 解调及混频等非线性变换电路中, 工作在低电平。 (2) 晶体管与场效应管（FET） 在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好, 在外形结构方面也有所不同。 高频晶体管有两大类型: 一类是作小信号放大的高频小功率管, 对它们的主要要求是高增益,和低噪声; 另一类为高频功率放大管, 除了增益外, 要求其在高频有较大的输出功率。 (3)集成电路 用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多, 主要分为通用型和专用型两种,8,2.1.2 高频电路中的常用电路,高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡（谐振）回路、 高频变压器、 谐振器与滤波器等, 它们完成信号的传输、 频率选择及阻抗变换等功能。,9,由当输入信号频率0时，X0，Zsr,回路呈感性，当r,回路呈容性。当=0时，X=0，Zs=r,回路呈一个纯电阻。因此谐振时电压电流同相位。且电流最大，阻抗最小。,当输入信号频率使得电抗X为零时，电路达到谐振，此时的频率为谐振频率0。,10,r,0,0,|Zs|,X,0,0,图2-5串联谐振电路的阻抗特性 （a)电抗特性 (b)阻抗特性 (c)谐振时相位关系,(b),(a),感性,容 性,11,回路的品质因数 定义回路的特性阻抗与回路的损耗电阻之比叫品质因数Q。它放映了L和C中的储存的能量与电阻r消耗能量的比值。,(2-4),因此谐振时,12,叫广义失谐量,因此可以得到串联谐振电路的幅频特性和相频特性。,(2-6),(2-7),(2-8),13,图2-6串联谐振电路的谐振特性 （a）幅频特性, (b)相频特性,B0.1,0.1,14,频带宽度和选择性定义：频带宽度为电路中电流下降到谐振电流的0.707倍时 对应的带宽。,(2-9),15,选择性是衡量一个谐振电路对其他频率的抑制能力，常用矩形系数来衡量选择性的好坏 定义：0.1带宽和0.707带宽的比值叫矩形系数Kr0.1,(2-10),16,等效,图2-7并联谐振电路,(2)并联谐振电路,阻抗特性,17,图2-8并联谐振电路的阻抗特性 （a)阻抗特性，(b)电纳特性，(C)谐振时相位关系,(2-13),18,并联谐振回路品质因数,(2-14),(2-15),因此谐振时：,19,-/2,0.707(-3dB),B0.7,Q1,Q2,Q2,Q1,Q2Q1,/2,图2-9并联谐振回路的谐振特性 (a)幅频特性， (b)相频特性,U/U0,(2-17),(2-18),20,并联谐振回路的带宽和选择性,21,总之 串联和并联谐振电路都具有选频功能，对带外频率都具有一定的抑制能力。但单回路的谐振电路的选择性不是很好，电路的选择性和带宽是一对矛盾 串联谐振时，电压电流同相位，回路阻抗呈纯阻，阻抗最小，电流最大；当信号频率大于谐振频率时，电路呈感性，而小于谐振频率时，呈容性；电容和电感上的电压大小相等，方向相反，且为激励电压的Q倍；。 并联谐振时，电压电流同相位，回路阻抗呈纯阻，阻抗最大，电压最大；当信号频率大于谐振频率时，电路呈容性，而小于谐振频率时，呈感性；电容和电感上的电流大小相等，方向相反，且为激励电流的Q倍。,22,（3）耦合电路的谐振（双调谐回路） 耦合电路的两种基本形式,图2-10耦合谐振电路的基本电路 (a)、(c)互感耦合谐振电路及其等效电路, (b)、(d)电容耦合谐振电路及其等效电路,23,定义：耦合因子k是耦合回路的电抗的绝对值与初、次级回路 同性质电抗的几何中项之比。,耦合电路的谐振特性（以互感耦合电路为例）,24,(2-19),从中可以看出反射阻抗具有如下性质： 反射阻抗由反射电阻和反射电抗组成 反射阻抗的性质总与原来的性质相反 当互感为零时，反射阻抗也为零 当初、次级都谐振时，反射阻抗为纯电阻,25,从中可以看出反射阻抗具有如下性质：反射阻抗由反射电阻和反射电抗组成反射阻抗的性质总与原来的性质相反当互感为零时，反射阻抗也为零当初、次级都谐振时，反射阻抗为纯电阻,26,部分谐振改变初级（或次级）的电抗参数，而互感M和其它参数不变，使初级（或次级）发生谐振，叫部分谐振.例如初级发生部分谐振时，有,(2-22),(2-23),(2-24),(2-25),27,复谐振在部分谐振的情况下，再改变互感M，使之达到共轭匹配，就叫复谐振。,(2-26),(2-27),28,分析发现，如果初级达到复谐振，次级也必然达到复谐振，反之奕然。,(2-28),(2-29),(2-30),29,全谐振与最佳全谐振当初级和次级谐振同一频率叫全谐振，如果再达到共轭匹配，叫最佳全谐振,(2-31),(2-32),(2-33),(2-34),30,可见，最佳全谐振是复谐振的一个特例，但需要的互感要比复谐振要小，此时互感耦合叫临界耦合，且耦合系数为,注意：这里的品质因数Q1和Q2是没有互感时初级和次级回路的品质因数。 当两回路参数完全相同时,31,设初、次级电路参数相同，则从电路中可以求出转移阻抗为：,32,33, A=1时,k=k0=1/Q时为临 界耦合 A1时叫强耦合可以看到，A越大中间的凹点越深，双锋偏离f0越远。,图2-11耦合谐振电路的谐振特性,(2-35),34,双调谐回路的频带宽度和选择性（临界耦合时）,(2-36),35,(2-37),式（2-36）和（2-37）说明双调谐回路的频带宽度是单调谐回路的1.4倍，而选择性要比单调谐回路好的多。,36,图2-12几种常见的抽头电路,（4）抽头电路,37,定义抽头电路的接入系数为：p=U/UT即与外电路相连的电压与回路两端电压之比。在分析抽头电路时，假定回路电流要远远大于外部支路电流，即可以忽略外部电路的影响，当Q值比较大时就满足这样的条件。,对（a）电路,(2-38),38,对于（b）中的电路，其接入系数为,(2-39),(2-40),39,对于外部电路是电压源或电流源的抽头电路，也可以进行折合。对于一个电压源来说，显然折合后的电压源为：U=pUT 而对于图2-13的电路来说：设接入端的电压为U，回路两端电压为UT，那么：,图2-13电流源的折合,注意：阻抗或导纳的折合等效是p2 关系，而电源的折合等效是p 的关系。,(2-41),40,（5）信号源内阻及负载对谐振电路的影响,（a） （b） 图2-14考虑内阻和负载的谐振回路 (a)带内阻和负载的并联回路，(b)带内阻和负载的串联回路,对于并联谐振电路（a），总电导为g,41,对于串联谐振电路（b）,它的有载品质因数为：,可以发现，对于带负载或电源内阻的谐振电路，电路的Q值降低了，因此把这个品质因数叫有载品质因数QL，而没有负载或内阻的品质因数记为Q0。,(2-43),42,例2-1 如图2-15所示，抽头回路由电流源激励，忽略回路本身的固有损耗，试求回路两段电压u(t)的表示式及回路带宽。,图2-15 例2-1的电路,解：忽略回路的固有损耗，意味着Q0为无穷大。,43,可以看出，电路正好发生谐振，因此回路电压为：,输出电压：,有载品质因数：,回路带宽：,44,例2-2 有一耦合回路如图2-16所示，已知信号源频率为1MHz , f01=f02=1MHz,初次级回路的特性阻抗为1=2=1K，R1=R2=20,耦合因子A=1.试求： (1)回路参数L1、L2、C1、C2和M (2)a-b两端的等效阻抗Z (3)初级回路的等效品质因数QL1 (4)回路的通频带B0.7 (5)如果调整C2，使f02为950kHZ（信号源频率仍为1MHz）,反射到初级的阻抗呈容性还感性。,图2-16 例2-2的电路,45,解：因为两个回路参数相同，因此电路处于最佳全谐振状态，故有：,a-b等效阻抗,46,回路无载品质因数,初级回路的等效品质因数,回路的通频带,当调整次级回路的谐振频率低于原来的谐振频率时，证明电容C2比原来变大，故，在1MHz时次级回路呈容性，反射到初级的反射阻抗成感性。,47,2其它形式的滤波器随着无线电技术的飞速发展，在高频电子线路，特别是高频集成模块中，对滤波器性能的要求越来越高，比如要求非常高的频率稳定度，阻带衰减特性陡峭；因此采用普通的LC滤波器的性能不可能满足要求。在高频电路系统中除了使用LC谐振电路外，目前还经常使用一些集中参数滤波器作为选频电路，以改善电路的稳定性，及其系统性能以及电路的微型化。目前常用的集中参数滤波器有：石英晶体滤波器(SiO2)陶瓷滤波器声表面滤波器等（Surface Acoustic Wave)。,48,（1）石英晶体滤波器 石英晶体的物理特性 压电效应:当石英晶体受外力作用而变形时（如伸缩、切变、扭曲等），它的表面上将产生正、负电荷，即产生电压；反之，如在晶体两端加上电压时，它将发生机械变形。这就叫 当外加电信号的频率接近晶体的固有机械谐振频率时，就会发生谐振现象。,晶体谐振器的谐振频率与晶片的材料、几何形状、尺寸、切片方式等有关。,49,图2-17石英晶体谐振器 （a）晶体形状、（b）切割方式、（c）晶振结构、（e）晶振符号,(a),(b),(c),(e),图2-17是晶体的切割方式、结构和电路符号。,50,石英晶体谐振器的等效电路和阻抗特性,图2-18 晶体谐振器的等效电路 （a）泛音等效电路，（b）基频等效电路,Lq、Cq、rq是对应于机械共振而等效的电感、电容和损耗电阻，C0是静态电容，而且一般CqC0，rq也非常小。因此在忽略了rq后，基频等效电路的阻抗Ze为：,51,(2-44),52,(2-45),(2-46),53,54,图2-19是晶体谐振器的电抗特性由于Cqf0电路也呈容性，而在fqff0时，电抗随频率变化迅速，呈感性，因此在这个区域内等效为一个非常大的电感。例如在fq处的等效电感为：,图2-19石英谐振器的电抗特性,显然，在这个范围内的等效电感要比Lq大的多。,(2-47),55,和一般LC谐振电路相比，石英晶体谐振器具有几个明显的特点。 f0和fq非常稳定，受外界因素影响很小。 由于rq很小，因此它的品质因数非常高，Q值可达到104量级。而普通的LC电路的Q值只能到一二百。 晶体谐振器的接入系数非常小，可达10-3量级，因此它受外电路的影响很小。 晶体在工作频率附近阻抗变化率很大，有很高的并联谐振阻抗。 由于这些特点，使晶体谐振器的频率稳定度要比LC谐振回路高的多。,56,（2）陶瓷滤波器某些陶瓷材料（如锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3,简称PZT）也具有压电效应。与石英晶体滤波器相比，它容易制作，价格便宜，但串、并频率间隔较大，Q值也只有数百，通带要比石英晶体滤波器高，选择性要差。但总性能要好于LC谐振电路。一般高频陶瓷滤波器的工作频率约为100MHZ，相对带宽约为千分之几到百分之十左右。单片陶瓷滤波器的等效电路和符号与石英晶体滤波器一样，但为了提高性能，经常将它制成多个谐振子的串、并结构，形成一个四端滤波网路。如图：,57,例如需要一个4655kHz的滤波器，如采用两振子陶瓷滤波器，则第一个的串联频率和第二个的并联谐振频率都应该为465kHz，而第一个的并联谐振频率为470kHz，第二个的串联谐振频率为460kHz。,图2-20 多谐振子陶瓷滤波器结构 （a）双谐振子结构 （b）5振子结构,58,SAW结构和基本原理压电衬底：压电效应的材料，如石英晶体、PZT 陶瓷材料、 铌酸锂等。叉指换能器（IDT）：通过真空蒸镀法，沉积约10微米的铝膜或金膜电极。 d=2(a+b),（3）表面声波滤波器SAW （Surface Acoustic Wave),59,当外加交变信号加到发端换能器上时，引起衬底的机械振动，在表面产生声波，并沿表面传送。然后由收端换能器，在把声波转换成电信号。声波的波长为一个周期段长d=2(a+b),当信号频率等于换能器的谐振频率f0=v/d时，各节所激发的表面波同相位，因此声波很强，当偏离f0时，各节激发的表面声波相位不同，在末端互相抵消，因此SAW具有选频功能。设SAW具有N个周期段，n=2N节，即n+1个电极，每节激发的声波幅度为A0，则声波最大振幅为nA0=2NA0.SAW的幅频特性符合sinX/X规律，（X=Nf/f0）。图2-22是均匀叉指换能器的幅频特性。,60,可以发现，滤波器的带宽和N成反比，而从制作技术本身来说N不可能做的太大，因此这种结构的滤波器的带宽不可能做的太窄。另一方面，其幅频特性也不完全接近矩形。如不采用均匀叉指换能器，而采用非均匀的结构，也就是说对叉指进行幅度加权或叫幅度变迹，就能得到所需要的频率特性，例如使信号特性具有像Sin X/X的形式，那就可以获得更接近矩形的的幅频特性。如图2-23所示,图2-22均匀叉指换能器幅频特性,图2-23幅度变迹换能器结构示意,61,SAW的特点 工作频率宽，可从几兆赫兹到几千兆赫兹。 相对带宽比较宽，从百分之几到百分之几十。 便于器件的微型化 带内插入损耗比较大（大于15dB） 频率特性很好，矩形系数可达到1.12 性能稳定、体积小、设计灵活、制造简单、便于规模生产。 可广泛用于电视机和很多通信设备当中。,图2-24一种用于通信机中的SAW滤波器频率特性,62,3. 高频变压器与传输变压器,（1）高频变压器为了减少损耗, 高频变压器常用导磁率高、 高频损耗小的软磁材料作磁芯，如：NXo（镍锌铁氧体）和MXo（锰锌铁氧体）,磁芯一般采用环行、罐形和双孔型。高频变压器一般用于小信号场合, 尺寸小, 线圈的匝数较少,图2-25高频变压器的磁芯结构 （a）环形； （b罐形； （c）双孔形,63,图2-26 高频变压器等效电路及其符号 （a）符号； （b）等效电路,在等效电路中,Ls是漏电感，Cs是分布电容和匝间电容，L是励磁电感。显然，Ls和Cs限制了它的高频特性，而L限制了它的低频特性，通过减少初级的匝数可以可以展宽高频范围，但这样使的励磁电感L也大幅度减小，从而影响了低频响应。因此最好采用高磁导率的磁芯。一般情况下，高频变压器的频宽可以做到34个倍频程。,64,高频变压器可用做功率分配器、功率合成器、平衡桥电路、以及用于一些非线性变换电路中。 （2）传输变压器 传输线 传输线主要采用双导线、同轴线等。由于当工作信号频率很高时，信号的波长可与电路尺寸相比拟时，就不可能把导线和电路看作集总参数电路了。因此就必须要考虑分布参数。如图2-27所示。,65,R0两根导线每单位长度具有的电阻。 L0两根导线每单位长度具有的电感。 C0每单位长度导线之间的分布电容。 G0每单位长度导线之间的电导。 当G0、R0为0时，叫无损传输线，如果沿线每处分布参数都相等，则称为均匀传输线。,(2-48),(2-48),(2-50),66,因此电磁波在传输线上的传播速度和波长都比在真空中要小。只要保证传输线的长度L小于波长，则可以把它看作一个集总元件，当满足如下条件：,那么只要l 很小，则传输线的高频范围就很宽。在忽略传输线上的损耗时，根据传输线理论，可以有以下结论： 两线对应点通过的电流必定大小相等，方向相反。 在满足匹配的条件下，两导线间电压沿线均匀分布。,67,传输线变压器传输线变压器就是利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。 图 2 -28 为其典型的结构和电路图。,图 2 28 传输线变压器的典型结构和电路 (a) 结构示意图; （b） 电路,68,因此，传输线变压器可以看作双线并绕的1:1变压器，也可看做绕在磁环上的传输线。所以它有变压器方式和传输线两种工作方式，取决于激励形式。如图2-29所示。,图 2 29 传输线变压器的工作方式(a) 传输线方式; (b) 变压器方式,69,传输线变压器的一般应用1:1倒相器,图2-30 倒相器,可以看出，对地为正的输入变成了对地为负的输出，输入输出大小相等，方向相反。,70,平衡和不平衡变换器,图2-31 不平衡平衡变换器,在这个电路中，单端对地输入变换成了双端对地的平衡输出，而且为了与传输线匹配，应该满足RS=ZC ,RL=ZC，同样，只要改变激励方式，也可以实现平衡非平衡变换。,71,1:4和4:1阻抗变换器,Ri,图2-32 1:4阻抗变换器,(2-51),(2-52),72,3dB耦合器,在这个电路中，根据对称性，流过两个RL电流应相等，那么就有UA=UB，UAB=0，所以流过Rb的电流为0，Rb上没功率输出，那么，信号源输出的功率被均匀的分配到了两个负载电阻上，及每个电阻上的功率和输入功率的一半，因此该电路叫3dB耦合器，也叫功率分配器。,图2-33 3dB耦合器,73,4. 衰减器与匹配器（1） 高频衰减器衰减器通常有 T型和型两种，当接有信号源时，它从输出端看进入的阻抗仍然为信号源内阻，但幅度被衰减了K倍。 （2）高频匹配器匹配器通常有L型、T型、 型、以及高频变压器等。如图2-35中，可以通过改变它的参数，达到分别与信号源和负载匹配的目的。,图 2 34 T型和型衰减器,图 2 -35 T型电阻网络匹配器,74,2.2 电子 噪 声,2.2.1 概述 所谓噪声和干扰, 就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。 噪音：自然噪音，如：电阻热噪音、散粒噪音、闪烁噪音等人为噪音，如：交流声、感应噪音、接触不良等。 干扰：自然干扰，如：天电干扰、宇宙干扰、大地干扰等人为干扰，如：工业干扰、无线电干扰等。,75,2.2.2 电子噪声的来源与特性 1. 内部噪声的特点 （1）噪音均方值设一个噪音电压为en ,如图2-36所示，,图2-36 电阻热噪音电压波形,76,因此往往用均方值来表示噪音的大小。,（2）噪音频谱起伏噪音可以看作由无数个持续时间为（约10-1310-14S)，且为非周期性的单个噪音脉冲叠加而成的。设单个噪音的大小为1，则单个噪音脉冲的频谱为：,(2-54),(2-55),77,1/ 2/ 3/,f,1,- 0 ,1,f(t),F(),图2-37 单个噪音的脉冲波形及其频谱,这表明在无线电频率范围内，单个起伏噪音的振幅谱密度几乎是均等的,78,（3）噪音功率谱定义：功率谱密度为单位频带内噪音的均方值，记为S(f)，单位为W/Hz，则有：,因为单个噪音具有均匀的振幅谱密度，因此它必然也具有均匀的功率谱密度，对于起伏噪音来说，在极宽的频率范围内也具有均匀的功率谱密度。所以把这种性质的噪音称为“白噪音”。反之，对那些在有效频带内具有不均匀功率谱的噪音称为“有色噪音”。,(2-57),79,2. 电阻的热噪音 （1）热噪音均方值和功率谱密度由于温度原因，导体和电阻内部的自由电子做无规则的热运动而产生的噪音叫热噪音。电阻热噪音的功率谱密度为：,80,在上述式中： k波尔兹曼常数，k=1.3810-23 J/K T电阻的热力学温度（K），T(K)=273+T B等效噪音带宽 对于一个电阻，可以等效为噪音电压源，也可以等效为噪音电流源。,图 2 39 电阻热噪声等效电路,81,对于电阻的串联和并联，总的噪音大小服从均方叠加原理。串联电阻的噪音电压均方值等于每个电阻产生的噪音电压均方值之和，而并联电阻的噪音电流均方值等于每个电阻的产生的噪音电流均方值之和。,82,(2-63),(2-64),83,（2）热噪音通过线性网络当噪音通过线性网络时，噪音的输出功率谱密度与网络传输函数的平方成正比。,图 2 -41热噪声通过线路电路的模型,84,例2-4 设有一个并联谐振回路，如图2-42（a)，求输出端的噪音是多少？,图 2 -42并联回路的热噪声,85,86,与式(2 67)对比, 可得 :,(2 68),这说明：对于线性电路，其输出端的噪音功率谱密度可一看作是等效电阻（电导）产生的；而电阻热噪音通过线性电路后已不再是白噪音了。因此可以输出端的均方噪声电压为：,（2-69）,87,（3）等效噪音带宽设线性电路的传输函数|H(j)| 如图2-43中曲线a所示，|H(j)|的最大值为H0, 输入为一电阻热噪声, 且SUi=4kTR,设等效带宽Bn，且使以Bn为宽度、H02为高度的矩形面积等于均方值。,图2-43 线性系统的等效噪音带宽,a,88,89,仍以图2-41为例，求等效噪音带宽。,2-72,2-73,2-74,90,（2-75）,这个结果和式（2-69）的结果完全一致。,91,3. 晶体三极管的噪音 晶体三极管主要有以下几种噪音源 （1）散粒噪音：由于载流子的起伏流动造成的集电极和发射极电流的起伏。 均方电流谱密度：SI ( f )=2qI0. (肖特基公式）I0为发射结的平均电流，q为电子电荷， q =1.610-19C。 （2）分配噪音通过发射结的少数载流子的一部分在基区复合形成基极电流，其余通过集电结形成集电极电流，由于复合的随机性，使通过发射结的载流子分配到基极和集电极的随机变化而造成的。可以看作是电流放大倍数的涨落。,（2-76）,92,（3）闪烁噪音（又称1/f 噪音） 由于半导体材料及制作工艺水平造成表面清洁处理不好而引起的噪音。 这类噪音与频率近似成反比，因此它只在低频工作时影响才突出，高频工作时可不考虑它的影响。 （4）基区电阻产生的热噪音。由于基区电阻很小，所以在晶体管中，这类噪音一般影响不大。,93,4. 场效应管的噪音 （1）由栅极内漏电流不规则起伏引起的噪音。这是一种散粒噪音。比较小，一般情况下可以忽略。 （2）沟道内电子不规则热运动所引起的噪音。 这种噪音是场效应管噪音的主要贡献，它取决于跨导的大小。 （3）漏极和源极之间等效电阻的噪音 在漏-删之间，栅极电压控制作用达不到的部分可用等效串联电阻来表示，它产生热噪音。 （4）闪烁噪音,94,2.2.3 噪音系数和噪音温度,1.噪音系数的定义 对于一线性四端网络, 噪声系数NF定义为输入端的信号噪声功率比(S/N)i与输出端的信号噪声功率比(S/N)o的比值 如图 2-45,KP为电路的功率传输系数(或功率放大倍数),95,也可以用分贝来表示，即：,用Na表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出, 考虑到KP=o/Si, 式(2 -77)可以表示为：,（2-78）,96,说明： 从定义来看，由于四端网络肯定要产生附加噪音，因此，噪音系数总是大于1。 输出端的噪音是由白噪音和其他噪音共同贡献的，因此输出端的噪音功率具有平均意义。 噪音系数的定义只适用于线性和准线性系统。对于非线性系统，由于信号与噪音、噪音与噪音相互作用，使输出端信噪比更加恶化，因此这种噪音系数的定义就不能适用。 一个网络的结构和工作状态一旦确定，那它的噪音系数应该是不变的，但从公式可以看出，NF随Ni而改变。因此常用额定功率下的噪音系数定义。,97,2. 以额定功率定义的噪音系数额定功率, 又称资用功率或可用功率, 是指信号源所能输出的最大功率, 它是一个度量信号源容量大小的参数, 是信号源的一个属性, 它只取决于信号源本身的参数内阻和电动势, 与输入电阻和负载无关, 如图 2 -46 所示。,98,对于一个四端线性网络，当它的输入电阻等于信号源内阻，输出电阻等于负载电阻时，它可获的最大的输入和输出功率，即额定输出和额定输入功率。,根据噪声系数的定义, 分子和分母都是同一端点上的功率比, 因此将实际功率改为额定功率, 并不改变噪声系数的定义, 则用额定功率表示的噪音系数为：,(2-83),(2-84),式中, Psmi和Psmo分别为输入和输出的信号额定功率; Nmi和Nmo分别为输入和输出的噪声额定功率; Nma为网络内部的最大输出噪声功率，式中, Nmoi=Nmo/Kpm是网络额定输出噪声功率等效到输入端的数值。,99,对于无源网络，输出的额定噪音功率也是kTB,因此噪音系数又可以写成：,100,3. 等效噪音温度将线性电路的内部附加噪声折算到输入端, 此附加噪声可以用提高信号源内阻上的温度来等效, 这就是“噪声温度”。等效到输入端的附加噪声为Na/KP, 令增加的温度为Te, 即噪声温度, 可得：,101,2.2.4 噪声系数的计算 1额定功率法 例2-5 ，已知一抽头电路如图2-47，求它的噪音系数。,图 2 47抽头回路的噪声系数,将信号源电导等效到回路两端, 为p2GS, 等效到回路两端的信号源电流为pIS。,102,输入端信号源的最大输出功率为：,（2-89）,（2-90）,输出端匹配时的最大输出功率为 ：,103,2. 开路电压法和短路电流法 根据噪音系数的定义。,或者：,可以看出，噪音系数与负载无关，因此为了计算简便，可以把线性网络看作开路或短路来计算噪音系数。在上两式中，Uno和Ino为开路和短路时总的输出噪音均方电压和均方电流；Unio和Inio分别为开路和短路时理想网络的输出噪音均方电压和均方电流,（2-92）,（2-93）,104,例2-6，求图2-48中电