第2章 高频基础

1、第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性 2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 一、高频电路中的元件一、高频电路中的元件 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使高频电路中使用的元器件与在低频电路中使 用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用 时的时的高频特性高频特性。 高频电路中的元件主要是高频电路中的元件主要是电阻器、电容器和电阻器、电容器和 电感器，电感器，

2、它们都属于它们都属于无源的线性元件无源的线性元件。 高频电路中的高频电路中的有源器件有源器件主要是主要是二极管、晶体二极管、晶体 管和集成电路管和集成电路，完成信号的，完成信号的放大、非线性变换放大、非线性变换等等 功能。功能。 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 一、高频电路中的元件一、高频电路中的元件 1、高频电阻、高频电阻 高频等效电路：高频等效电路： CR为分布电容，为分布电容，LR为引线电感，为引线电感，R为电阻。为电阻。 分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 频率越高

3、，电阻器的高频特性表现越明显。频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。 电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻 的封装形式和尺寸大小有密切关系。的封装形式和尺寸大小有密切关系。 1、高频电阻、高频电阻 一般地，一般地， 金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜 电阻比线绕电阻的高频特性要好电阻比线绕电阻的高频特性要好; 表面贴装表面贴装(SMD)电阻比普通电阻的高频特性要好电阻比普通电阻的高频特性要好; 小尺寸的电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。小尺寸的电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。 2.1 高频电路中的元器件高频

4、电路中的元器件 2、高频电容、高频电容 高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容。高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容。 高频等效电路：高频等效电路： 电阻电阻RC为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非理想为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非理想(非完全绝缘非完全绝缘)所所 致致; 电感电感LC为分布电感或为分布电感或(和和)极间电感。极间电感。 在高频电路中，电容的损耗可以忽略不计，但在高频电路中，电容的损耗可以忽略不计，但 如果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。如果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2、高频电容、

5、高频电容 f 频率频率 阻抗阻抗 电容器阻抗特性电容器阻抗特性 每个电容器都有一个自身谐振频率。每个电容器都有一个自身谐振频率。 ：电容器呈正常的：电容器呈正常的电容特性电容特性， ：电容器等效为一个：电容器等效为一个电感电感。 ff 工作谐振 ff 工作谐振 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 3、高频电感、高频电感 主要用作主要用作谐振元件、滤波元件和阻隔元件谐振元件、滤波元件和阻隔元件（称（称 为射频扼流圈为射频扼流圈 RFC）。）。 电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。 分布电容的影响：在分析一般的长、中、短波频段分布电容的影响

6、：在分析一般的长、中、短波频段 电路时，通常可以忽略。电路时，通常可以忽略。 高频等效电路：高频等效电路： Q Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。 Q 定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 3、高频电感、高频电感 如何表示高频电感的损耗性能？如何表示高频电感的损耗性能？ 品质因数品质因数 Q 高频等效电路：高频等效电路： 0 L Q r 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 二、高频电路中的有源器件二、高频电路中的有源器件 主要

7、是：主要是： 二极管二极管 晶体管晶体管 集成电路集成电路 完成信号的放大、非线性变换完成信号的放大、非线性变换等功能。等功能。 1、晶体二极管、晶体二极管 主要用于主要用于检波、调制、解调及混频检波、调制、解调及混频等非线性变等非线性变 换电路中，工作在低电平。换电路中，工作在低电平。 变容二极管变容二极管 点接触式二极管、表面势垒二极管点接触式二极管、表面势垒二极管(又称肖特基二极管又称肖特基二极管)。 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 高频中常用二极管：高频中常用二极管： 特点：它们的极间电容小、工作频率高。特点：它们的极间电容小、工作频率高。 特点：电容随偏置电压变化。特点

8、：电容随偏置电压变化。 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2、晶体三极管与场效应管（、晶体三极管与场效应管（FET) 高频功率放大管高频功率放大管 要求除了增益外，要有较大的输出功率。要求除了增益外，要有较大的输出功率。 高频晶体管有两大类型高频晶体管有两大类型: 小信号放大的小信号放大的高频小功率管高频小功率管 要求：增益高和噪声低要求：增益高和噪声低; 小信号的场效应管小信号的场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更也能工作在同样高的频率，且噪声更 低。低。 目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹，目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹， 噪声系数为几分贝。噪声

9、系数为几分贝。 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 3、集成电路（、集成电路（IC) （1）目前）目前通用型通用型的宽带集成放大器，工作频率可达的宽带集成放大器，工作频率可达 一二百兆赫兹，增益可达五六十分贝，一二百兆赫兹，增益可达五六十分贝， 甚至更高。甚至更高。 用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可达一用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可达一 百兆赫兹以上。百兆赫兹以上。 用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成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，主要分为电路少得多，主要分为通用型和专用型通用型和专用型两种。两种。 （2）专用集成电路专用

10、集成电路(ASIC): 集成锁相环、集成调频集成锁相环、集成调频 信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用 集成电路等。集成电路等。 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。 高频电路中的基本电路主要有：高频电路中的基本电路主要有： 高频振荡高频振荡(谐振谐振)回路回路 高频变压器高频变压器 谐振器与各种滤波器谐振器与各种滤波器 完成功能：完成功能： 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 一、高频振荡回路一、高频振荡回路 是高频电路中应用最广的无源网

11、络，它是构成高频是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频 放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。 下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路两两部分来讨论。部分来讨论。 阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相 等功能，并可直接作为负载使用。等功能，并可直接作为负载使用。 完成功能：完成功能： 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 1、简单振荡回路、简单振荡回路 振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成 的回路。的回路。 具有具有谐

12、振特性和频率选择作用，谐振特性和频率选择作用，这是它在高这是它在高 频电子线路中得到广泛应用的重要原因。频电子线路中得到广泛应用的重要原因。 组成：组成： 作用：作用： 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 1、简单振荡回路、简单振荡回路 （1）并联谐振回路）并联谐振回路（2）串联谐振回路）串联谐振回路 （1）并联谐振回路）并联谐振回路 振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有 最大或最小值的特性称为谐振特性。最大或最小值的特性称为谐振特性。 谐振特性：谐振特性： 并联阻抗：并联阻抗： Cj Ljr Cj Ljr Zp 1 1 )( ) 1 ( C Lj

13、r C L L r（ 当时） 谐振条件：谐振条件： 当回路总电抗当回路总电抗 X=0 时，回路呈谐振状态时，回路呈谐振状态 （1）并联谐振回路）并联谐振回路 (a)谐振频率谐振频率 并联阻抗：并联阻抗： (b)特性阻抗特性阻抗 C L C 1 L 0 0 ) 1 ( C Ljr C L P Z (a)谐振频率谐振频率 并联阻抗：并联阻抗： (b)特性阻抗特性阻抗 ) 1 ( C Ljr C L P Z C L C 1 L 0 0 (c)品质因数品质因数 i r L ri Li Q 0 2 0 2 Cr 1 ri Ci Q 0 2 0 2 / rCr 1 r L Q 0 0 (d)谐振阻抗谐振阻

14、抗 0p R Cr L Z 谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。 并联谐振回路的等效电路？并联谐振回路的等效电路？ 并联谐振回路的等效电路并联谐振回路的等效电路 等效电路等效电路 谐振阻抗：谐振阻抗： 0p R Cr L Z 并联阻抗：并联阻抗： ) 1 ( C Ljr C L P Z (a)谐振频率谐振频率 (b)特性阻抗特性阻抗 C L C 1 L 0 0 (c)品质因数品质因数 rCr 1 r L Q 0 0 (d)谐振阻抗谐振阻抗 CQLQ rCr L R 00 2 0 / CR L R Q 00 0 0 用用 r 表示表示 用用 R0表示表

15、示 并联并联回路谐振时的电流、电压关系回路谐振时的电流、电压关系 流过流过 L 的电流是感性电流，它落后于回路两端电压的电流是感性电流，它落后于回路两端电压90。 流过流过 C 的电流是容性电流，超前于回路两端电压的电流是容性电流，超前于回路两端电压90。 流过流过R0的电流与回路电压同相。的电流与回路电压同相。 并联并联回路谐振时的电流、电压关系回路谐振时的电流、电压关系 谐振时谐振时IL、 、IC与 与 I 的关系：的关系： QIII CL 结论：通过电感线圈的电流结论：通过电感线圈的电流 IL 或电容器的电流或电容器的电流 IC 比外部电流比外部电流 I 大得多。大得多。 （1）并联谐振

16、回路）并联谐振回路 分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性：分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性： ) 1 ( C Ljr C L P Z )(1 o o 0 Qj R CQLQ rCr L R 00 2 0 / 因为因为 定义广义失谐量定义广义失谐量: 00 f f 2Q2Q )( 0 0 0 Qj1 R P Z 0 R 1j 广义失谐量广义失谐量: 0 2Q 分析：分析： 当当 = 0 时，时， ZP 达最大值：达最大值：R0 2 0 P 1 R Z arctan Z 阻抗模值：阻抗模值： 阻抗相角：阻抗相角： 并联阻抗：并联阻抗： 2 0 P 1 R Z arctan Z 阻抗模值：阻抗模

17、值： 阻抗相角：阻抗相角： 阻抗特性：阻抗特性： 相位特性：相位特性： arctan Z 画出幅频特性曲线：画出幅频特性曲线： 分析相频特性：分析相频特性： 当当 0 时，即时，即 Cq，得：，得： q 0q 0 1 1 2 C ff C 接入系数：接入系数： p Cq /C0 q q时，晶时，晶 体谐振器等效为电感。体谐振器等效为电感。 当当 0 0时，时， 晶体谐振器呈容性晶体谐振器呈容性; ; 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 晶体的谐振频率晶体的谐振频率fq和和f0非常稳定。非常稳定。 晶体谐振器有非常高的品质因数。晶体谐振器有非常高的品质因数。 晶体谐振器的接入系数非常小，一般为

18、晶体谐振器的接入系数非常小，一般为 10 3数量级， 数量级， 甚至更小。甚至更小。 晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振 阻抗。阻抗。 因此晶体谐振器的频率稳定度比一般振荡因此晶体谐振器的频率稳定度比一般振荡 回路要高。回路要高。 （4）晶体谐振器与一般振荡回路比较）晶体谐振器与一般振荡回路比较 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 3. 晶体谐振器的应用晶体谐振器的应用 （2）用它作成高频窄带滤波器。）用它作成高频窄带滤波器。（1）主要应用于晶体振荡器中）主要应用于晶体振荡器中 晶体滤波器电路晶体滤波器电路 Z1 Z2 等效等效

19、等效为电桥电路等效为电桥电路 Z1 Z2 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 3. 晶体谐振器的应用晶体谐振器的应用 衰减特性衰减特性 滤波器的通带只是在滤波器的通带只是在f q和和f0之间，其余范围为阻带。之间，其余范围为阻带。 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度？加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度？ 通常用通常用外加电感外加电感与石英晶体串联或并联与石英晶体串联或并联 的方法实现的方法实现( (这也是扩大晶体振荡器调频频偏这也是扩大晶体振荡器调频频偏 的一种有效方法的一种有效方法) )。 例如：例如： 外加电感外加电感与晶体串联的方法与晶体串联的方法 串

20、联谐振频率变小，而并联谐振频率不变。串联谐振频率变小，而并联谐振频率不变。 2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性 一、概述一、概述 定义：定义： 电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪 声有关。评价一个高频系统的性能的指标之一。声有关。评价一个高频系统的性能的指标之一。 重要性：重要性： 主要出现在有用信号比较弱的场合，比如，主要出现在有用信号比较弱的场合，比如， 接收机的前级电路，或多级高增益的音频放大、接收机的前级电路，或多级高增益的音频放大、 视频放大器中。视频放大器中。 电子噪声的影响：电子噪声的影响： 除有用信号以外的一切不需要的信号及除有用信号

21、以外的一切不需要的信号及 各种电磁骚动的总称。各种电磁骚动的总称。 un 二、电子噪声的来源与特性二、电子噪声的来源与特性 噪声来源：主要由电阻热噪声和半导体管噪声。噪声来源：主要由电阻热噪声和半导体管噪声。 1. 电阻热噪声电阻热噪声 定义：是由电阻内部的自由电子的热运动而产生的。定义：是由电阻内部的自由电子的热运动而产生的。 电阻热噪声的一段取样波形电阻热噪声的一段取样波形 1) 热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度 均方值均方值 T 22 nn 0 1 limd4 T UutkTBR T k：波尔茨曼常数，：波尔茨曼常数，k=1.3710 23 J/K; 均方根均方根 n 4Uk

22、TBR Un表示的是起伏电压交流分量的有效值。表示的是起伏电压交流分量的有效值。 1. 电阻热噪声电阻热噪声 B：测量此电压时的带宽：测量此电压时的带宽; T：绝对温度：绝对温度(K)。 1) 热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度 均方值均方值 2 n 4UkTBR 电阻热噪声等效电路电阻热噪声等效电路 噪声电压源噪声电压源 噪声电流源噪声电流源 例：常温下（例：常温下（T=290K）工作的）工作的1K电阻，与电阻，与 B=100KHZ的理想网络相连接。求的理想网络相连接。求 与与 。 n U 2 n U 2122 n 41.6 10UkTBRV n 1.26UuV 在一般情况下，电阻

23、的热噪声是相当微弱的，在一般情况下，电阻的热噪声是相当微弱的， 故在电平较高的电路可忽略。故在电平较高的电路可忽略。 在接收机的前级，由于有用信号极其微弱，在接收机的前级，由于有用信号极其微弱， 电阻热噪声的影响就不能忽略，它已成为限制接电阻热噪声的影响就不能忽略，它已成为限制接 收机性能的主要因素。收机性能的主要因素。 可忽略吗？可忽略吗？ 1) 热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度 均方值均方值 2 n 4UkTBR 噪声电压功率谱密度噪声电压功率谱密度 2 2 4 ( )(/) 1 () U KTR SfVHz f 1314 1010 ：自由电子每秒钟的碰撞次数。自由电子每秒钟的

24、碰撞次数。 f 2 (/4) U VSkTRHz 2 4(/) I SkTG AHz 电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围 内均为一恒定值。内均为一恒定值。 白噪声！白噪声！ 2) 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 多个电阻的热噪声及热噪声通过线性网络。多个电阻的热噪声及热噪声通过线性网络。 多个电阻的热噪声多个电阻的热噪声 R1 R2 2 n U 设两个电阻上的噪声电势设两个电阻上的噪声电势un1、un2是统计独立的，即是统计独立的，即 互不相关的。互不相关的。 222 nn1n212 U U +U=4kTB(R +R ) 只要各噪声源是相互独立的

25、，则总的噪声只要各噪声源是相互独立的，则总的噪声 服从均方叠加原则。服从均方叠加原则。 重要结论：重要结论： 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络 2) 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 热噪声通过线路电路的模型热噪声通过线路电路的模型 对于单一频率的信号来说，对于单一频率的信号来说， H(j)：电路的传输函数。：电路的传输函数。 2 UoUi |(j )|SHS 则：则： 2 oUo 0 dUSf Uo ?S 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络 2) 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 2 UoUi |(j )|SHS 分析热噪声通过线性电路后的输出噪声：分析热噪声通过线性电路后的输

26、出噪声： C Lr C H 1 jj 1 j )j ( 传输函数传输函数 2 (j )H 例如热噪声通过并联振荡回路。例如热噪声通过并联振荡回路。 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络 2) 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 2 UoU i |(j )|SHS C Lr C H 2 2 2 2 1 1 )j ( 4 Ui SkTr 2 Uo2 2 1 4 1 C SkTr rL C 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络 2) 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 C Lr Lr C XR 1 jj )j( 1 j j ee 0 4 Ue SkTR 2 2 2 e 1 1 C Lr r C

27、R 2 Uo2 2 1 4 1 C SkTr rL C 是白噪声吗？是白噪声吗？ 2) 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 （2 2）电阻热噪声通过线性电路后，一般就不再）电阻热噪声通过线性电路后，一般就不再 是白噪声了。是白噪声了。 （1 1）对于二端线性电路，其噪声电压或噪声电）对于二端线性电路，其噪声电压或噪声电 流谱密度流谱密度 S SU U、S SI I 可以用等效电阻可以用等效电阻R Re(e(或或G Ge)e)来代来代 替替 。 4 Ue SkTR 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络 0 4 Ue SkTR重要结论：重要结论： 3) 噪声带宽噪声带宽 2 i U= 4kTBR

28、 电阻热噪声是电阻热噪声是 均匀频谱的白噪声，均匀频谱的白噪声， B为一理想滤波器的为一理想滤波器的 带宽。带宽。 2 UoUi S=| H(j) |S 输出均方电压谱为输出均方电压谱为: 则输出均方电压为则输出均方电压为: 2 0 =4kTRH(j) df 设输入一电阻热噪声设输入一电阻热噪声, 2 Uo0 0 U=Sdf 2 Ui 0 =SH(j)df 3) 噪声带宽噪声带宽 输出均方电压为输出均方电压为: 设设|H(j)|的最大值为的最大值为H0，则可定义一等，则可定义一等 效噪声带宽效噪声带宽Bn，令，令 22 0n0 U= 4kT B HR 2 0 n 2 0 (j ) d Hf B

29、 H 2 2 0 0 U =4kTRH(j) df 与与B0.707的关系？的关系？ 3) 噪声带宽噪声带宽 2 0 n 2 0 H(j) df B = H Bn的大小由实际特性的大小由实际特性|H(j)|2决定，而与决定，而与 输入噪声无关。输入噪声无关。 一般地，一般地，B Bn n 不等于实际特性的 不等于实际特性的 3dB 3dB 带宽带宽 B B0.707 0.707，只有实际特性接近理想矩形时，两者 ，只有实际特性接近理想矩形时，两者 数值上才接近相等。数值上才接近相等。 分析：分析： 例：计算单振荡回路等效噪声带宽。例：计算单振荡回路等效噪声带宽。 2 2 2 2 1 C H(j

30、)= 1 r+ LC 设回路为高设回路为高Q电路，电路， 2 0 2 0 2 21 1 )j ( f f Q Cr H 2 0 n 2 0 (j ) d Hf B H n0.7070.707 1.57 2 BBB 并联回路的并联回路的 3dB 带宽为带宽为B0.707 = f0 / Q 线性网络的等效噪声带宽线性网络的等效噪声带宽Bn与与B0.7是不同的两是不同的两 个概念，前者是从噪声的角度引出来的，而后者是个概念，前者是从噪声的角度引出来的，而后者是 对信号而言的。对信号而言的。 对于常用的单调谐并联对于常用的单调谐并联 回路，二者间的关系：回路，二者间的关系： 对于多级单调谐回路，级数越

31、多，传输特性越接对于多级单调谐回路，级数越多，传输特性越接 近矩形，近矩形，Bn 越接近于越接近于B0.7。 对于临界耦合的双调谐回路，对于临界耦合的双调谐回路，Bn=1.11B0.7。 因此，并联回路的噪声带宽要大于信号带宽。因此，并联回路的噪声带宽要大于信号带宽。 3) 噪声带宽噪声带宽 n0.7070.707 1.57 2 BBB 2. 晶体三极管噪声晶体三极管噪声 晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的 另一个重要来源。另一个重要来源。 散弹散弹(粒粒)噪声噪声 分配噪声分配噪声 闪烁噪声闪烁噪声 一般地，在一个放大电路中一般地，在一个放大电路中, ,

32、 晶体三极管晶体三极管 的噪声往往比电阻热噪声大得多。的噪声往往比电阻热噪声大得多。 散粒噪声散粒噪声 由于载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹噪声或者由于载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹噪声或者 散粒噪声。散粒噪声。 为每个载流子的电荷量，为每个载流子的电荷量， 为结的平均电流。肖特基公式。白噪声吗？为结的平均电流。肖特基公式。白噪声吗？ 0I 2qIfS q C -16 101.6q 0 I 分配噪声分配噪声 由于基区中载流子的复合也具有随机性，即单位时间复由于基区中载流子的复合也具有随机性，即单位时间复 合载流子数目是起伏变化的。因此，集电极电流和基极电流合载流子数目是起伏变化的。因

33、此，集电极电流和基极电流 的分配比也是变化的，这种因分配比起伏变化而产生的集电的分配比也是变化的，这种因分配比起伏变化而产生的集电 极电流、基极电流起伏噪声，称为晶体管的极电流、基极电流起伏噪声，称为晶体管的分配噪声分配噪声。 分配噪声本质白噪声，但是由于过度实际的影响，当晶分配噪声本质白噪声，但是由于过度实际的影响，当晶 体管的工作频率高到一定程度后，这类噪声的功率谱密度将体管的工作频率高到一定程度后，这类噪声的功率谱密度将 随频率的增大而迅速增大。随频率的增大而迅速增大。 闪烁噪声闪烁噪声 由于半导体材料及制造工艺水平造成表面清洁处理不好由于半导体材料及制造工艺水平造成表面清洁处理不好 而

34、引起的噪声称为闪烁噪声。它与半导体表面少数载流子的而引起的噪声称为闪烁噪声。它与半导体表面少数载流子的 复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度与复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度与 频率近似成反比，又称频率近似成反比，又称1/f噪声。噪声。 必须指出，前面讨论的晶体管中的噪声，必须指出，前面讨论的晶体管中的噪声，在实在实 际放大器中将同时起作用并参与放大。际放大器中将同时起作用并参与放大。 3. 场效应管噪声场效应管噪声 沟道电阻产生的热噪声沟道电阻产生的热噪声; 沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅 极上的感应噪声极

35、上的感应噪声; 闪烁噪声。闪烁噪声。 在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数 载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。 场效应管的噪声来源场效应管的噪声来源: 噪声系数的数值总是大于噪声系数的数值总是大于 1 1。理想无噪声系统的噪声系数为。理想无噪声系统的噪声系数为 1 1。 第四节第四节 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度 一、噪声系数（一、噪声系数（NF ） 1. 定义定义 0 F ii 0 / / S N SN N 输入端信噪比 输出端信噪比 ( (K KP P : :功率放大倍数 功率放大倍数) ) o F

36、Pi N N = K N a F Pi N N = 1+ K N (Na(Na：内部附加噪声功率：内部附加噪声功率) ) aP0i (N = N +K N ) 另一种形式：另一种形式： 用用dBdB表示：表示： i F 0 (S / N) N (dB)=10lg (S / N) 2. 几点说明：几点说明： 一、噪声系数（一、噪声系数（NF） oi F Pi o S / N N N = S / NK N 规定规定N Ni i为信号源内阻为信号源内阻R RS S的最大输出功率，的最大输出功率，R RS S的温度为的温度为 290 K290 K。 N NF F 与输出端所接负载的大小无关。 与输出端

37、所接负载的大小无关。 N NF F 的定义只适用于线性或准线性电路。 的定义只适用于线性或准线性电路。 NF与输入信号大小无关，但与与输入信号大小无关，但与Ni有关。有关。 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算 1.额定功率法额定功率法 2 S sm S 4 I P G 2 S sm S 4 U P R 信号源的额定功率：信号源的额定功率：指信号源所能输出的最大功率，它只指信号源所能输出的最大功率，它只 取决于信号源本身的参数取决于信号源本身的参数内阻和电动势，与输入电阻内阻和电动势，与输入电阻 和负载无关。和负载无关。 信号源的额定功率信号源的额定功率 2 S sm S 4 I P G 2

38、S sm S 4 U P R 额定噪声功率额定噪声功率 任何电阻任何电阻 R 的额定噪声功率均为的额定噪声功率均为 kTB。 2 SS mi SS U4kTBR N 4R4 T R k B 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算 1.额定功率法额定功率法 信号源的额定功率信号源的额定功率 二、二、噪声系数的计算噪声系数的计算 1.额定功率法额定功率法 额定功率增益额定功率增益 KPm smo Pm smi P K P 用额定功率增益用额定功率增益KPm 表示的噪声系数表示的噪声系数 smimi F smo mo Pmmmoi / / NN K N NN P P 另一种形式：另一种形式： mo F

39、 Pm mn Pm 1 N N KkTB N KkTB 额定噪声功率额定噪声功率 mi NkTB 2 S sm S 4 I P G 2 S sm S 4 U P R 信号源的额定功率信号源的额定功率 无源四端网络的噪声系数无源四端网络的噪声系数 F Pm 1 NL K （L为网络的衰减倍数）为网络的衰减倍数） 无源网络的噪声系数：无源网络的噪声系数： mo F Pmmi N N KN 输入噪声额定功率：输入噪声额定功率： mi NkTB 用额定功率增益用额定功率增益KPm 表示的噪声系数：表示的噪声系数： 输出噪声额定功率？输出噪声额定功率？ 输出噪声额定功率：输出噪声额定功率： 2 on m

40、oL 2 oL U NR (R +R ) OL R = R当时，输出端匹配 =kTB GS： ：信号源电导 信号源电导 G：回路的损耗电导回路的损耗电导 p：接入系数接入系数 例：计算抽头回路噪声系数。例：计算抽头回路噪声系数。 网络的噪声系数：网络的噪声系数： smi F Pmsmo ? 1 P N KP 2 S smi S I 4G P 输入端信号源最大输出功率：输入端信号源最大输出功率： 例：计算抽头回路噪声系数。例：计算抽头回路噪声系数。 无源四端网络的噪声系数：无源四端网络的噪声系数： smi s F mo P P N 2 S smi S I 4G P 2 S smo 2 S (pI

41、 ) 4(p GG) P 输出端匹配时最大输出功率：输出端匹配时最大输出功率： 输入端信号源最大输出功率：输入端信号源最大输出功率： 2 S G 1 p G 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算 2. 级联四端网络的噪声系数级联四端网络的噪声系数 级联后总的额定功率增益级联后总的额定功率增益 KPm=KPm1KPm2 kTBK N N Pm o F 级联后噪声系数级联后噪声系数 总输出额定噪声功率总输出额定噪声功率N No o No= KPm kTB + KPm2 Na1 + Na2 经两级放大的输入经两级放大的输入 信号源内阻的热噪声信号源内阻的热噪声 经第二级放大的第一级经第二级放大的第一

42、级 网络内部的附加噪声。网络内部的附加噪声。 第二级网络第二级网络 内部的附加噪声内部的附加噪声 2. 级联四端网络的噪声系数级联四端网络的噪声系数 o F Pm N N KkTB N No o：总输出额定噪声功率。：总输出额定噪声功率。No= KPm kTB + KPm2 Na1 + Na2 Na1=(NF11)KPm1kTB Na2=(NF21)KPm2kTB NaNa内部附加噪声功率。内部附加噪声功率。 F2 FF1 Pm1 1N NN K 两级级联总噪声系数：两级级联总噪声系数： 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算 2. 级联四端网络的噪声系数级联四端网络的噪声系数 F3F2Fn F

43、F1 12 Pm1Pm1Pm2Pm1Pm2Pm(n-1) 111 n NNN NN KKKKKK n 级级联总级级联总NF: 当网络的额定功率增益远大于当网络的额定功率增益远大于1时，系统的总噪声系时，系统的总噪声系 数主要取决于第一级的噪声系数。数主要取决于第一级的噪声系数。 因此，对第一级来说，不但希望因此，对第一级来说，不但希望NF1小，也小，也 希望希望Kpm1大，以便减小后级噪声的影响。大，以便减小后级噪声的影响。 例例 2 -3 图图 是一接收机的前端电路，高频放大器和场是一接收机的前端电路，高频放大器和场 效应管混频器的噪声系数和功率增益如图。试求前效应管混频器的噪声系数和功率增

44、益如图。试求前 端电路的噪声系数端电路的噪声系数(设本振产生的噪声忽略不计设本振产生的噪声忽略不计)。 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算 3. 噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度 灵敏度定义：灵敏度定义： 保持接收机输出端信噪比一定时，接收机输入的保持接收机输出端信噪比一定时，接收机输入的 最小信号电压或功率最小信号电压或功率( (设接收机有足够的增益设接收机有足够的增益) )。 i F o / / S N N S N iFi o S SNN N 因为：因为： 所以：所以： i NkTB im 4 Si UR S 例：设某一电视接收机，正常接收时所需最小信号噪声功率例：设某一电视接收机，正常

45、接收时所需最小信号噪声功率 比为比为20 dB, 电视接收机的带宽为电视接收机的带宽为 6 MHz，接收机前端电路，接收机前端电路 的噪声系数为的噪声系数为 10 dB，问接收机前端电路输入端的信号电平，问接收机前端电路输入端的信号电平 (灵敏度灵敏度)至少应多大至少应多大? 3 噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度 iFi o S SNN N i NkTB 设信号源的内阻为设信号源的内阻为RS=75 , 12 SS i 44 75 23.8 1084.5 VURS im 4 Si UR S 则所需的最小信号电势为：则所需的最小信号电势为： 无源四端网络的形式：无源四端网络的形式： 选频电路选频电路 阻抗变换电路阻抗变换电路 传输电缆传输电缆 接入接收机输入端的无源网络的噪声，对接入接收机输入端的无源网络的噪声，对 系统性能的影响最大。系统性能的影响最大。 无源四端网络的无源四端网络的NF： F Pm 1 NL K 例：求长度为例：求长度为50m，衰减量为，衰减量为0.082dB/m高频电缆高频电缆 的噪声系数。的噪声系数。 3 噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度 三、噪声温度三、噪声温度 将线性电路的内部附加噪声折算到输入端，此附加将线性电路的内部附加噪声折算到输入端，此附加 噪声可