光纤通信第三章2-放大器的噪声

1、北京邮电大学顾畹仪1 一、噪声分析的一般方法一、噪声分析的一般方法 二、放大二、放大 器噪声的计算器噪声的计算 1、放大、放大 器输入端的等效电路器输入端的等效电路 2、放大、放大 器输入端的噪声源器输入端的噪声源 3、放大、放大 器输出噪声的计算器输出噪声的计算 三、场效应管前置放大器的噪声三、场效应管前置放大器的噪声 四、双极晶体管前置放大器的噪声四、双极晶体管前置放大器的噪声 五、前置放大器的类型五、前置放大器的类型 北京邮电大学顾畹仪2 一、噪声分析的一般方法一、噪声分析的一般方法 1、噪声的概念、噪声的概念 1）广义噪声：随机噪声 电磁干扰 2）随机噪声总是与信号相对存在 表示方法：

2、SNR，NF 3）前置放大器的噪声是放大器主要的噪声 北京邮电大学顾畹仪3 2、随机噪声的概率密度函数和概率分布函数、随机噪声的概率密度函数和概率分布函数 对于平稳随机噪声对于平稳随机噪声X, 落在落在x和和x+dx之间的概率为：之间的概率为： f(x) 称为随机过程的概率密度函数，称为随机过程的概率密度函数， F(x) 是概率分布函数。是概率分布函数。 两随机变量之和：两随机变量之和： ()( ) x dx x P xXxdxf x dx ( )()( ) x F xP Xxf x dx , ( )( )( ) zxy ZXYfzfxfy 北京邮电大学顾畹仪4 3、随机过程的数字特征、随机过

3、程的数字特征 1）数学期望（均值）数学期望（均值） 2）标准差）标准差 方差：方差： 标准差标准差: ( )( )E xxf x dxx t 2 22 ( )( ) ( ) D xE xE x E xE x ( )( )xD x 北京邮电大学顾畹仪5 4、平稳随机过程的功率谱密度、平稳随机过程的功率谱密度 dFdttx dttxF x x 2 2 ti - )( 2 1 )( e)()( dF T dttx T x T T T T 2 2 )( 2 1 lim 2 1 )( 2 1 lim Parseval 等式等式 2 2 )( 2 1 lim)( 2 )( 2 1 lim x T x x

4、T F T S d F T 平均功率平均功率 = 双边平均功率谱密度双边平均功率谱密度 北京邮电大学顾畹仪6 二、放大二、放大 器噪声的计算器噪声的计算 放大器噪声的特点：放大器噪声的特点： v服从高斯分布服从高斯分布 v对高斯分布，若对高斯分布，若 依然是高斯依然是高斯 分布，分布，且且 , ( ) z ZXYfz 2 2 1() ( )exp 22 xm f x 222 zxy 北京邮电大学顾畹仪7 1、放大放大 器输入端的等效电路器输入端的等效电路 北京邮电大学顾畹仪8 2、放大、放大 器输入端的噪声源器输入端的噪声源 思路：思路： 将所有噪声源等效到输入端将所有噪声源等效到输入端 是平

5、稳随机过程是平稳随机过程 输入端是白噪声输入端是白噪声 从各个噪声源的功率谱密度从各个噪声源的功率谱密度 出发分析出发分析 1）电阻的热噪声）电阻的热噪声 等效为并联电流噪声源：等效为并联电流噪声源： 等效为串联电压噪声源：等效为串联电压噪声源： 2）放大器有源器件的噪声：）放大器有源器件的噪声：SI ， ，SE 2 23 2 1.3810/ b b d e kKR df kJK 2 2 b b d ikK dfR 北京邮电大学顾畹仪9 3、放大 器输出噪声的计算 1）思路）思路 放大器是线性系统放大器是线性系统 对串联电压噪声源，先转换对串联电压噪声源，先转换 成电流源成电流源. 输入导纳输

6、入导纳: 对对SE，乘以乘以 按高斯分布对噪声功率求和按高斯分布对噪声功率求和 1 j t t C R 22 2 1 () , t t tbatdsa C R RRRCCCC 2 ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) T T viT v ti tZt VIZ SSZ 北京邮电大学顾畹仪10 2）输出噪声功率）输出噪声功率 3）小结：）小结： 偏置电阻偏置电阻Rb越大，电阻的热噪声越小；越大，电阻的热噪声越小； 输入电阻输入电阻Rt越大，输入电容越大，输入电容ct越小，串联电压噪声源越小，串联电压噪声源 的影响越小。的影响越小。 2 ) 1 ()( 2 )() 2 ( 2

7、2 2 2 2 2 d C R ZS d ZS R kK V t t TE TI b na 北京邮电大学顾畹仪11 三、场效应管前置放大器的噪声三、场效应管前置放大器的噪声 1、输入端等效电路、输入端等效电路 北京邮电大学顾畹仪12 2、噪声源噪声源 1）散粒噪声）散粒噪声 Igate为为FET的栅漏电流。的栅漏电流。 2）沟道的热噪声）沟道的热噪声 gm为为FET的跨导，的跨导， 为数值系数，对为数值系数，对Si FET, =0.7; 对对GaAs FET, =1.1。 等效到输入端，等效到输入端， m E g kK S 2 2 2 out m d i kKg df 2 19 00 , 1.

8、6 10 a Igate di Se IeC df 北京邮电大学顾畹仪13 m t na T t m T b m gate b na g C v dZ C g kK d Z Rg kK Ie R kK v 2 2 2 2 2 2 2 0 2 )( 2 2 2 )( 122 3 、输出端总噪声、输出端总噪声 gm /Ct2 是场效应管前放的优值。 北京邮电大学顾畹仪14 四、双极晶体管前置放大器的噪声四、双极晶体管前置放大器的噪声 1、输入端等效电路、输入端等效电路 e e I mv rr )(26 )1 ()1 ( 北京邮电大学顾畹仪15 2、输入端噪声源、输入端噪声源 1）散粒噪声 2）基极

9、电阻的热噪声 bb a kKr df ed 2 1 2 b a Ie df id 0 2 北京邮电大学顾畹仪16 3）分配噪声）分配噪声 4） 1/ f 噪声噪声 kK Ie g Ie Kk g Ie df ed Ie df id c m c m ca c c 0 0 22 2 0 2 2 0 2 北京邮电大学顾畹仪17 3、输出噪声功率 2 )() 2 ( 2 0 2 d ZIe R kK v Tb b na Rt = Rb | Ra, ct = cd + cs + ca 存在最佳集电极电流Ic 2 ) 1 ()( 2 )( 1 )(2 2 2 2 2 0 22 22 2 2 d C R Z Ie Kk d CC R ZkKr t t T c sd b Tbb 北京邮电大学顾畹仪18 五、前置放大器的类型五、前置放大器的类型 1、高阻型 2、低阻型 3、跨阻型(互阻型) tW i CB R 2 1 ti H CR f 2 1 北京邮电大学顾畹仪19 iabft RRRRR)( A R RR A R R