第三章 噪声与干扰

第3章、噪声与干扰,3.1概述,一、噪声的定义：噪声是指对有用的信息信号产生干扰的设备内部和外部干扰信号。二、噪声的影响：对声音造成失真和噪音对画面造成失真或“雪花”对数据可能产生逻辑差错,3、噪声的分类,1）按发生的地点分：外部干扰：天电干扰、宇宙射线干扰、工业干扰内部干扰:设备之器件的热噪声2）按产生的根源分：自然干扰人为干扰3）按电特性分：脉冲型干扰正弦型干扰起伏型干扰,3.2内部噪声的来源和特点,3.2.1电阻的热噪声一、电阻热噪声产生的原因：电阻的热噪声是电阻导体的热骚动产生无规则运动引起的起伏噪声电流的现象。二、电阻热噪声的特点及计算1、特点：1）电阻噪声是起伏噪声。2）起伏噪声电流是大量脉冲宽度约10-13s的微弱脉冲电流的迭加而成。另窄脉冲极性、大小和出现时间是随机的。,2、计算,1）起伏噪声的功率密度:Sv=4kTR其中k=1.3810-23J/KT=273+t()(K)T定，RSvR定，TSv,2、计算,2）B频带内噪声电压和电流值:例3.2.1:P69,三、电阻的噪声等效电路:,一个实际电阻可以等效为:一个(无噪声)电阻与一个恒压源串联，或等效为一个(无噪声)电导与恒流源并联。,四、考虑噪声的电阻串并联电路,R1、R2串联的噪声等效电路:,R1、R2并联的噪声等效电路:例3.2.2:P69,四、考虑噪声的电阻串并联电路,几点说明：1、对处于相同温度、相同带宽的电阻所构成的网络，不论串联还是并联，总的均方值噪声电压等于网络总电阻所产生的均方值噪声电压。2、如果网络中的电阻处于不同温度或是受不同带宽限制，只能按均方叠加法则即功率相加原理进行计算。3、纯电抗元件既不消耗功率也不产生热噪声，但实际的电抗元件一般都含有电阻分量，故也与普通电阻一样产生热噪声。因此，LC谐振回路两端产生的热噪声电压均方值也可按公式计算，式中的R应为谐振电阻。,3.2.2二极管的噪声,工作状态：正偏：散粒噪声反偏：击穿前：散粒噪声（很小）击穿后：齐纳击穿：散粒噪声、闪烁噪声雪崩击穿：散粒噪声、多态噪声体电阻re产生的热噪声：散弹噪声：,其中，电子电荷量q=1.5910-19C,I0是PN结平均电流,3.3.3晶体三极管的噪声:,1、热噪声：基极电阻产生的2、散弹噪声：流过PN结的电流3、分配噪声：4、闪烁噪声:(1/噪声):噪声主要在低频又称低频噪声,3.2.4场效应管噪声,1、热噪声2、散弹噪声3、感应噪声4、闪烁噪声,3.2.5接收天线噪声,内部噪声：电阻热噪声外来噪声：周围介质辐射宇宙辐射因此，天线噪声是与周围的介质温度、天线的指向及工作频率有关的。工程上：统一规定用天线的辐射电阻RA在天线的有效噪声温度TA产生的热噪声来表示天线的噪声性能。在热平衡状态下，天线热噪声电压均方值为：,3.3噪声系数的计算,描述放大器噪声系数的等效图：,3.3噪声系数的计算,信噪比:(SNR)Signal-toNoiseRatio注意：同一个端口中以dB表示:意义:S/N越大，信号被噪声恶化的程度越小，信噪比最低允许值取决于应用技术。,例如：,AM:PSi/PNi10dBPSi=10PNiFM:12dBPSi=15.8PNiTV:40dBPSi=104PNi,3.3噪声系数的计算,一、噪声系数的定义及其物理意义1、定义:噪声系数是指线性四端网络的输入信噪功率比与其输出端信噪功率之比值。以dB表示：,一、噪声系数的定义及其物理意义,2、物理意义:噪声系数NF的大小被用来衡量线性网络内部噪声对检测信号的影响程度,二、噪声系数的计算,根据不同的情况，NF的其它表示方式:1）已知输入噪声和测得总和噪声情况；,二、噪声系数的计算,2）实际网络和理想网络噪声功率比:NF=1：理想网络的噪声系数,3.3.2信噪比与负载的关系,当信号源与负载电阻相接时，在负载两端的信噪比为：结论：信号源与任何负载相接并不影响其输入端信噪比，即无论负载为何值，其信噪比都不变，其值为负载开路时的信号电压平方与噪声电压均方值之比。,3.3.3用额定功率和额定功率增益表示的噪声系数,1、额定功率：内阻为RA的电压源内阻为RA的电流源信号源输入噪声额定功率,输入噪声额定功率,结论:无源二端网络的噪声额定功率只与其温度T及通频带B有关，而与其负载阻抗及网络本身阻抗都无关。,3.3.3用额定功率和额定功率增益表示的噪声系数,2、额定功率增益定义：指线性四端网络的额定输出功率与额定输入功率之比。3、用额定功率和额定功率增益表示噪声系数,3.3.4多级放大器总噪声系数的计算,主要讨论:级联网络多级放大器的总噪声系数与各级噪声系数的关系，明确这一关系的实际意义在于找出降低多级放大器的总噪声系数的方向和措施。,3.3.4多级放大器总噪声系数的计算（以2级为例）,3.3.4多级放大器总噪声系数的计算,推导得：推广得通式：,重要结论:,1、要使级联总噪声系数小，就得要各级NF小、增益Apa大。2、前级对总噪声的影响最大，越后级影响越小。,3.3.5等效噪声温度,Te等效输入噪声温度衡量线性四端网络的噪声性能的另一个参数。1、定义：2、噪声系数和等效噪声温度的换算Te=(NF1)To,结论：,Te值越大，表征四端网络的噪声性能越差。理想网络Te=0NF和Te均为表征线性四端网络噪声性能的指标，但Te适用于作表示低噪声系统的噪声性能。,3.3.6晶体管放大器的噪声系数,结论：在低频工作时，选用共发射极电路作为输入级比较有利在高频工作时，选用共基极电路作为输入级比较有利,3.3.7接收机的灵敏度,定义:接收机输出信号噪声功率比为正常值(规定值)时天线上需要加入信号的电动势的最小有效值Usefmin或这个信号的额定功率Psmin。意义:灵敏度表征接收机接收微弱信号的能力。在正常接收情况下，天线需加入的信号电平越小，证明该接收机的灵敏度越高。,噪声系数对接收灵敏度的影响:,最小可辨信号功率:Psmin=kToBNFD最小可辨信号电压:临界灵敏度:D=1时的灵敏度Psmin=kToBNF,噪声系数对接收灵敏度的影响:,用dB/mW表示接收机的灵敏度及其计算方法:Psmin(dB/mW)=10logk+10logTo+10logB+10logNF+10log103=-174dB+10logNF+10logB若B以MHz计:Psmin(dB/mW)=-114dB+NFdB+10logB,3.4降低噪声系数的措施,1、选用低噪声器件和元件2、正确选择晶体管放大级的直流工作点3、选择合适的信号源内阻4、选择合适的工作带宽5、选用合适的放大电路6、降低噪声温度以减小热噪声7、适当减小接收天线的馈线长度,3.5工业干扰与天电干扰,1、工业干