Chapter2高频小信号放大器-130907

1、 高 频 放 大 fs fs 本地振荡 fo 混 频 fo fs = fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 低 频 功 放 F 2.1 2.1 高频小信号放大器概述高频小信号放大器概述2.2 2.2 晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管高频小信号等效电路与参数2.3 2.3 单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器2.4 2.4 小信号谐振放大器的稳定性小信号谐振放大器的稳定性* *2.5 2.5 双栅场效应管高频放大器双栅场效应管高频放大器2.6 2.6 集成电路谐振放大器集成电路谐振放大器2.7 2.7 放大电路的噪声放大电路的噪声 思考题、习题思考题、习题 高 频

2、放 大 fs fs 本地振荡 fo 混 频 fo fs = fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 低 频 功 放 F 频率较高：中心频率一般在几百频率较高：中心频率一般在几百kHzkHz到几百到几百MHzMHz， 频宽在几频宽在几khzkhz到几十到几十MHzMHz。 小信号：小信号： 晶体管或场效应管工作在线性范围晶体管或场效应管工作在线性范围( (甲类甲类) )内内,可将可将晶体管或场效应管看作线性元件，可用有源四端网络来晶体管或场效应管看作线性元件，可用有源四端网络来分析。分析。 按所用的材料：晶体管按所用的材料：晶体管(BJT)(BJT)、场效应管、场效应管( F

3、ET)( FET)、集电电路、集电电路(IC)(IC) 按频谱宽度：按频谱宽度： 窄带放大器和宽带放大器窄带放大器和宽带放大器 按电路形式：按电路形式： 单级放大器和多级放大器单级放大器和多级放大器 按负载性质：按负载性质： 谐振放大器和非谐振放大器谐振放大器和非谐振放大器谐振放大器谐振放大器: 是采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频作用。是采用谐振回路作负载的放大器，具有放大、滤波和选频作用。非谐振放大器非谐振放大器: 由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。由阻容放大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。2.1 2.1 概述概述 iuUUAo i0PPPA i0

4、log20UUAu ioplog10PPA 1 1）增益（放大系数）增益（放大系数） 分贝表示：分贝表示： 电压增益：电压增益： 功率增益：功率增益：22 2）通频带：电压增益下降到最大值的）通频带：电压增益下降到最大值的 0.70.7（即（即1/ )1/ )倍时，所对倍时，所对应的频率范围称为放大器的通频带，用应的频率范围称为放大器的通频带，用B=2f 0.7 表示。表示。2 2 f f0.70.7也称也称为为3 3分贝带宽。分贝带宽。0UUAA21-1021 10.50f0PPAA-1021 13 3）选择性）选择性 7 .01 .0122ffKro 7 . 001. 0r0.0122ff

5、K f AU/AUo 2 f0.1 2 f0.7 理理想想 0.1 0.7 1 K K nunAdA0 f AU f0 A AUn fn 抑制比（抑制比（dn)： (表示对某个干扰信号fn 的抑制能力) 2 f 0.1、2 f 0.01分别为放大倍数下降至分别为放大倍数下降至0.1和和0.01处的处的带宽带宽Kr愈接近愈接近1越好。越好。 矩形系数矩形系数 Kr （为了表示实际曲线接近理想通带曲线的程度）4 4）工作稳定性：）工作稳定性： 指在电源电压或器件参数变化时以上各参数的稳定指在电源电压或器件参数变化时以上各参数的稳定程度程度5）噪声系数：）噪声系数： 表示放大器的噪声性能。表示放大器

6、的噪声性能。 NF 越接近越接近1越好越好)(/)(/nosonisiF输输出出信信号号噪噪比比输输入入信信号号噪噪比比PPPPN 以上这些参数，相互之间即有联系又有矛盾。增以上这些参数，相互之间即有联系又有矛盾。增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。故应根据需要决定主次，进行分析和讨论故应根据需要决定主次，进行分析和讨论为为自自变变量量和和输输出出电电压压设设输输入入电电压压cbUU一、一、y 形式等效电路（网络参数等效电路）形式等效电路（网络参数等效电路）1U + yi yr yo + 1I 2I 2U 2U yf 1U 晶晶体体

7、管管 Y 参参数数等等效效电电路路 输输出出短短路路时时输输入入导导纳纳0112 UiUIy纳纳输输入入短短路路时时反反向向传传输输导导0211 UrUIy纳纳输输出出短短路路时时正正向向传传输输导导0122 UfUIy输输入入短短路路时时的的输输出出导导纳纳0221 UoUIyU2U1I1I2212211UyUyIUyUyIofri电路方程电路方程: 特点特点 晶体管晶体管y y参数是晶体管本身的参数参数是晶体管本身的参数, ,仅与晶体管特性有关仅与晶体管特性有关, ,与外电路无关。与外电路无关。 晶体管输入、输出的大小和相角都与频率有关，晶体管输入、输出的大小和相角都与频率有关，y y参数

8、是频率的函数。参数是频率的函数。 为为自自变变量量和和输输出出电电压压设设输输入入电电压压cbIIbU + yie yre yfe yoe + bI cI cU cU bU 图图 晶晶体体管管共共集集电电路路 Y 参参数数等等效效 e 不同组态晶体管电路，常用下标来提示说明。不同组态晶体管电路，常用下标来提示说明。U2U1I1I2U2U1I1I2U2U1I1I2ebU + yib yrb yob + eI cIcbUcbU yfb ebU 图图 晶晶体体管管共共基基电电路路 Y 参参数数等等效效 b 二、混合二、混合参数等效电路参数等效电路 (复习复习) 把晶体管内部的物理过程用集中元器件把晶

9、体管内部的物理过程用集中元器件RLC表示，而构成的等效电路就是所表示，而构成的等效电路就是所谓的谓的参数等效电路。参数等效电路。)(26)(0 ,mVmAcIebmgcmIVg 的的控控制制作作用用。对对表表明明称称跨跨导导be阻是集电结结电电cb;eb电容发射结是 C,cb结结电电容容是集电 C它会将输出的部分电压反馈到输入端它会将输出的部分电压反馈到输入端,可能引起自激可能引起自激.ebmug表示晶体管放大作用的等效电流源，表示晶体管放大作用的等效电流源，,bb区区电电阻阻是基 在共集电路中在共集电路中,将引起高频反馈而降低晶体管的电流放大系数将引起高频反馈而降低晶体管的电流放大系数,是是

10、发发射射结结电电阻阻eb ;I026ebe rbbrbeCbercegmUbeCbcrbcb*Y参数与混合参数与混合参数可互相转换参数可互相转换ebmrg 0低低频频时时等效电路如下图等效电路如下图 )(cbebebebbCCjgUI ebUgI mc且且)(2cbebebmbcCCfjggII 三、晶体管的高频参数三、晶体管的高频参数0 ceUbcII ,10 ffj 201 ff直流时：直流时：ebmgg 0 )(21cbebebCCrf 令令：fCCrjIIcbebebbc)(210 icberbbrbeCbeCbcrcegmUbecib20012 ff 由于由于0比比1大的多大的多,

11、,在频率为在频率为f时时,|虽然下降到原来的虽然下降到原来的0.707,但是但是仍然比仍然比1大的多大的多, ,因此晶体管还能因此晶体管还能起到放大的作用。起到放大的作用。1）截止频率：截止频率：。时的工工作作频频率率的的下下降降到到低低频频值值210 1120 ffT120 ffT2）特征频率特征频率-当频率增高到当频率增高到|下降为下降为1时的频率。时的频率。 fffTmax:频频率率参参数数的的关关系系 fmax表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率时晶体管已经不能表示晶体管所能够适应的最高极限频率。在此工作频率时晶体管已经不能得到功率放大，当得到功率放大，当f fmax时时,

12、 ,无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。无论使用什么方法都不能使晶体管产生振荡。3）振荡频率振荡频率 fmax( (晶体管的功率增益晶体管的功率增益 时的工作频率时的工作频率) )1PG所所以以由由于于, 10ffT0为为截截止止频频率率 f201 ff例例1 1：已知高频管已知高频管3DG6B特征频率为特征频率为200MHz，050 试求：试求： (1) f 50MHz时的时的值；值； (2) 下降到下降到10时的频率；时的频率； 1)(20 ffMHz4MHz502000 Tff4M4M501502 MHz20 MHz4MHz502000 TffCC C4 R3 C3 R2 R1 C2

13、 p1R4 p2 a b L Vui uo + - R1、R2、R3为为偏置电阻，决定工作点，偏置电阻，决定工作点， C4、L 组成组成 LC谐振回路谐振回路小结：小结： 单调谐回路共发放大器是晶体管共发电路和单调谐并联谐振回路的组合。单调谐回路共发放大器是晶体管共发电路和单调谐并联谐振回路的组合。 并联谐振回路的作用：并联谐振回路的作用： 选频、阻抗变换选频、阻抗变换ui-+uo+-CC C4 R3 C3 R2 R1 C2 P1R4 P2 a b L Vuo ui + - +-RL 1）将实际电路转化成交流等效电路）将实际电路转化成交流等效电路 去偏置电阻与旁路电容去偏置电阻与旁路电容 去直

14、流电源与退耦电容去直流电源与退耦电容 去藕合元件去藕合元件ui-+uo+- P1 G0 P2 a b L SI Ys + yie1 yoe yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe YL oU 2）交流等效电路整理交流等效电路整理Y Y参数等效电路的抽头变换参数等效电路的抽头变换交流等效电路转化成交流等效电路转化成Y Y参数等效电路参数等效电路G0 a b L + yie1 p12yoe p22yie2 bI iU C iUpyfe YL oUp21 + G0abLUiYs+yie1p12yoep22yie2CYLUo+ifeUyp11 1）电压增益）电压增益

15、iuUUAo o201UpU )()1(G)(22C02121ioieieoeoefeuCjgpLCjCjgpyppUUA G0 a b L + yie1 p12yoe p22yie2 bI iU C iUypfe1 YL oUp21 + oeoeoeCjgy ieieieCjgy eoefeiuypBBjGypyppUUAi22LC02121o)( eoefeypBBjGypUypi22LC021i1)( YUypfei1 LjCpCpCjGgpgpyppAieoeieoefe 1222102222121u 22221022221;g ieoeieoeCpCpCCGgpgp 令令LjCjgy

16、ppfe 121 ，时时当当 LC1022221021210uieoefefegpgpGyppgyppA 。1 18 80 01 18 80 0fefefey 是是输输入入和和输输出出之之间间的的相相差差谐谐振振时时，也也有有一一个个相相角角而而, ,表表明明输输入入和和输输出出相相位位差差 - - * *成成反反比比。导导成成正正比比，和和回回路路的的总总电电与与此此时时，* *fegyAo ouLjCjgyppAfeu 121o o1801800 0相位差接近相位差接近和和，当频率较低时，当频率较低时，* *i io oUUfe 0o 2 2 是是工工作作频频率率的的函函数数u)A( (1

17、 1)1()1(102121u jAjgyppLjCjgyppAufefe将其归一化：将其归一化：00u0u21121111ffjQjQjAALL 可见：其频率特性曲线与并联回路相同可见：其频率特性曲线与并联回路相同放放大大器器的的通通频频带带)( (2 2根据通频带的定义：根据通频带的定义：2u0u1121AA LQff07 . 02 0uA7 .01 .00.1r 22kff 1 .02(1111201 .02u0u）ffQAAL 195. 91102227 . 01 . 0r0.1 ffk：故故矩矩形形系系数数 所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于所以单调谐回路放大器的矩形系数远大于1，

18、故其邻道选择，故其邻道选择性差，这是单调谐回路放大器的缺点。性差，这是单调谐回路放大器的缺点。LQff00.72 矩形系数：矩形系数：0.10.1带宽：带宽：0.70.7带宽：带宽：0uALQff020.11102 则则FFLoerefejbgYyyyY F而而FieLoerefeieibiYyYyyyyUIY ibiUIY P1 G0 P2 a b L SI Ys + yie1 yoe yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe YL oU 21bbbIII creieiUyyU LoeifereieiYyUyyyU P1 G0 P2 a b L SI Ys +

19、 yie1 yoe yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe Y0 oU 21CCcIII ccUIY osierefeoeccYyyyyUIY oifeoecUyyU siecrefeoecYyUyyyU 若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级联放大器。级联后若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。的放大器的增益、通频带和选择性都将发生变化。mA、AAu2u1u级级，各各级级的的增增益益为为如如果果放放大大器器有有 m muA为为相相同同, ,如如果果各各级级放放大大器器的的增增益益

20、mLmmmumuffQAAAA 20020m211)(21 m级放大器的通频带级放大器的通频带mf)2(7 . 0LmQf0112 单级放大器的通频带宽于多极级联后的放大器的增益单级放大器的通频带宽于多极级联后的放大器的增益mLmmffQAA211200 mAAAA 21m总总增增益益为为 : :则则在题图中在题图中,放大器的工作频率为放大器的工作频率为 fo=10.7MHz，谐振回路电感，谐振回路电感L13=4H、Qo=100、N23=6、N13=20、N45=5，晶体管在直流工作点和晶体管在直流工作点和工作频率工作频率 fo=10.7MHz时参数为时参数为goe=200S,Coe=7PF,

21、 gie=2860S, Cie=18PF, |yfe|=45mS, fe=-54o， |yre|= 0.31mS, re=-75o 。在忽略在忽略 yre情况下，试求情况下，试求: (1)画高频等效电路画高频等效电路; (2)计算计算C、Au0、2f0.7、Kr0.1。 (3)计算两级放大器的总电压增益、通频带、矩形系数计算两级放大器的总电压增益、通频带、矩形系数 。 例题例题2图图 gs LS CS yie YF YS Yi FieiYyY+=)1(SSSSLCjgY FFLoerefejbgYyyyY F iLoefecUYyyU iLoefesiereiUYyyYyyU csiereiU

22、YyyU refeLoesieiiyyYyYyUUS)+)(+(= 讨论：讨论： S S越大，放大器越稳定；越大，放大器越稳定；S S越小越小, ,放大器越不稳定；放大器越不稳定；S S 接近接近1 1时时, ,电路工作不稳定，电路工作不稳定，S=1S=1时时, ,放大器产生自激。通常，放大器产生自激。通常， S S5 5时，认为放大器可稳定工作时，认为放大器可稳定工作. . 放大器工作状态确定后，放大器工作状态确定后，S S仅与放大器自身的参数有关。仅与放大器自身的参数有关。y yfefe、yrere小一些、输入输小一些、输入输出回路的导纳大一些有利于电路稳定出回路的导纳大一些有利于电路稳定

23、FieiYyY+= SI Ys + yie1 yoe + c bI iU cI cU cUyre iUyfe YL YL + iU YLS S 参数分析：参数分析：refeLoesieiiyyYyYyUUS)(yie+Ys)和和(yoe+YL)都可等效成都可等效成单并联谐振回路，可用广义失谐表示：单并联谐振回路，可用广义失谐表示：1211)( jsiesieeggYy2221)( jLoeLoeeggYy()()()()refejrefejLoeieseyyeggggS+22+1+=2121, 即即：自激时自激时, ,2;2referefetgarctg ()()()+cos(+1)+)(+(

24、2=+1+=refeLoeies2yyggggyytgggggSreferefeLoeies通常，输入回路和输出回路选频特性相同通常，输入回路和输出回路选频特性相同referefe 2; 0)(2 )cos(1)(2refereLoeies yyggggSfe又又)()(sieLoeYyppYy2122LoesiefeuYyYyyA )()(12sieLoeYyYypp )+(=120LoefeiccoiouYyyppUUUUUUA )cos(12refe0 refesuySyA0LoesiefeuggggyA 谐振时：谐振时： P1 G0 P2 a b L SI Ys + yie1 yoe

25、yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe YL oU 输入回路和输出回路导纳关系：输入回路和输出回路导纳关系：输入回路和输出回路导纳关系：输入回路和输出回路导纳关系： 由于由于yre存在，晶体管是双向的器件，增强放大器的稳定性可以存在，晶体管是双向的器件，增强放大器的稳定性可以考虑晶体管的单向化。考虑晶体管的单向化。单向化的方法有：单向化的方法有：中和法中和法 ; ;失配法失配法 外加一个电容抵消外加一个电容抵消正反馈电容的作用。正反馈电容的作用。ACbcCUcUNL1L2CNUiIrIF BG1 Yg yi yie YL 失失配配 BG2 复合管复合管 ref

26、eLoesieiiyyYyYyUUS)+)(+(= 输入输入 C3 0.047 F 3AG22 680 T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k 2k R3 C4 0.047 F C5 0.047 F R7 150 R11 10k C6 0.047 F R12 2.7k C9 0.047 F 3AG22 T2 C7 560pF C8 56pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 2k R15 C10 0.047 F 0.047 F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18 0.047 F C12 15V 输出输出 R19 10k R20

27、5. 1k C13 C14 560pF 560pF Tr2 15V 稳压稳压 8V 在题图中在题图中,放大器的工作频率放大器的工作频率fo=10.7MHz,谐振回路谐振回路L13=4H、Qo=100、N23=6、N13=20、N45=5,晶体管在直流工作点和工作频率晶体管在直流工作点和工作频率fo=10.7MHz时的参数为时的参数为goe=200S,Coe=7PF, gie=2860S, Cie=18PF, |yfe|=45mS, fe=-54o， |yre|= 0.31mS, re=-75o 。在考虑在考虑yre情况下情况下: (1)计算最大稳定增益计算最大稳定增益|Au0|s； (2) 判

28、断并说明此放大器是否稳定判断并说明此放大器是否稳定 。 )+cos(+12=refe0ySyArefesu;00时稳定时稳定suuAA 时时稳稳定定 5)+cos(+1)+)(+(2=refereLoeiesyyggggSfefegyppA210u=一、结型场效应管特性及电路：一、结型场效应管特性及电路：2.5 场效应管高频放大器场效应管高频放大器（自修）（自修） 场效应管具有输入阻抗高、动态范围大、噪声小、场效应管具有输入阻抗高、动态范围大、噪声小、线性好、抗幅射能力强等优点线性好、抗幅射能力强等优点二、双栅场效应管特性及电路：二、双栅场效应管特性及电路： 双栅MOS管放大电路 一个管子中有

29、两个控制栅极。漏极与第一栅极之间的反馈电容很小，一般均小于0.05pF。用此管于制做的放大器的工作稳定性高。 下图是彩色电视机高频调谐器中具有自动增益控制作用的双栅场效应管高频放大器。从结构上来看可认为是共源共栅放大器的形式。输入信号通过L1C1组成的单调谐输入回路加到第一栅极g1，通过双栅场效应管进行放大。漏极接的负载为互感耦合双调谐回路，耦合度较强，频率特性呈双峰特性。第二栅极g2通过C5交流接地，整个管子构成共源共栅放大器。第二栅极g2还通过R3加入自动增益控制(AGC)电压实现放大器的增益控制。集成电路谐振放大器集成电路谐振放大器一、集中选频放大器组成：一、集中选频放大器组成：(a)宽

30、宽 带带放大器放大器集集 中中滤波器滤波器(b)前前 置置放大器放大器集集 中中滤波器滤波器宽宽 带带放大器放大器二、线性宽带集成电路二、线性宽带集成电路 品种繁多，根据设计需要选择。 1. 8FZ1 MC1490 2. ER4803 U2450 3. AD603 三、集中滤波器三、集中滤波器 LC集中选择性滤波器、集中选择性滤波器、声表面波滤波器、声表面波滤波器、 石英晶体滤波器石英晶体滤波器 四、放大电路举例：四、放大电路举例： 器件的输入和输出各有一个单谐振回路。输入信号器件的输入和输出各有一个单谐振回路。输入信号V V1 1通过隔直流电容通过隔直流电容C C4 4加到输入加到输入端的引

31、脚端的引脚“1 1”，另一输入端的引脚，另一输入端的引脚“3 3”通过电容通过电容C C3 3交流接地，输出端之一的引脚交流接地，输出端之一的引脚“6 6”连接电源正端，并通过电容连接电源正端，并通过电容C C5 5交流接地，故电路是单端输入、单端输出。由交流接地，故电路是单端输入、单端输出。由L L3 3和和C C6 6构成构成去耦滤波器，减小输出级信号通过供电电源对输入级的寄生反馈。去耦滤波器，减小输出级信号通过供电电源对输入级的寄生反馈。1.1.由由MC1590构成的选频放大器：构成的选频放大器： 器件器件MC1590具有工作频率高，不易自激的特点，并带有自动增益控制的功能。其具有工作频

32、率高，不易自激的特点，并带有自动增益控制的功能。其内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路。内部结构为一个双端输入、双端输出的全差动式电路。 C2 L2 C2 Ui RL U0 C6 +12V L3 3 2 1 8 7 6 4 5 MC1590 C5 U(AGC) C3 C4 放大电路噪声放大电路噪声现实中的噪声：现实中的噪声：听广播时听广播时, , 常常会听到常常会听到“沙沙沙沙”声；声； 观看电视观看电视时时, , 常常会看到常常会看到“雪花雪花”似的背景或波纹线似的背景或波纹线, , 这些都是接收机这些都是接收机中的放大器和其它元器件存在噪声的结果。中的放大器和其它元器件存在噪声的

33、结果。噪声的影响：噪声的影响： 噪声对有用信号的接收产生了干扰噪声对有用信号的接收产生了干扰, , 特别是当有特别是当有用信号较弱时用信号较弱时, , 噪声的影响就更为突出噪声的影响就更为突出, , 严重时会使有用信号严重时会使有用信号淹没在噪声之中而无法接收。淹没在噪声之中而无法接收。 干扰与噪声：干扰与噪声： 干扰一般指电路外部无用信号，可分为：干扰一般指电路外部无用信号，可分为： 自然干扰自然干扰-有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等有天电干扰、宇宙干扰和大地干扰等 人为干扰人为干扰-有工业干扰和无线电台的干扰等。有工业干扰和无线电台的干扰等。 噪声一般指电路内部无用信号，也可分为：噪声一般

34、指电路内部无用信号，也可分为： 自然噪声自然噪声-有热噪声、散粒噪声和闪烁噪声等。有热噪声、散粒噪声和闪烁噪声等。 人为人为噪声噪声-有交流亨声、感应噪声接触不良噪声等。有交流亨声、感应噪声接触不良噪声等。 *本小节主要讨论自然噪声本小节主要讨论自然噪声 放大电路噪声放大电路噪声 白白噪噪声声f 10131014 Hz 3.3.噪声度量与表示噪声度量与表示 - - 统计方法统计方法 dttuTtunTTn)(1)(202lim单位电阻上的平均功率：单位电阻上的平均功率：1.1.热噪声产生热噪声产生-是电路内部的自由电子热运动所产生。是电路内部的自由电子热运动所产生。 放大电路内部噪声主要来源于

35、电路内的放大电路内部噪声主要来源于电路内的和和。2.2.热噪声特点热噪声特点-随机无规则、长时平均值为零随机无规则、长时平均值为零; 极宽的均匀频谱。极宽的均匀频谱。噪声功率噪声功率普密度普密度-热运动理论和实践证明，电阻热噪声功率普密度为热运动理论和实践证明，电阻热噪声功率普密度为kTRfS4)(nnfkTRdffStu4)()(02nnnfkTGRfkTRti44)(22dffSdttuTPnT)()(1020dffSdttuTPnT)()(1020 4. 4.电阻噪声电路的计算：电阻噪声电路的计算： R R un2 in2 g 并联电阻的噪声计算：并联电阻的噪声计算：R1 un12 R2

36、 un22 in12 g1 in12 g2 nnnnfRRkTtututu )(4)()()(2122212nnnnnfRRRRkTfggkTtititi )()(4)(4)()()(21212122212串联电阻的噪声计算：串联电阻的噪声计算：噪声电阻的等效噪声电阻的等效（如图）晶体管和场效应晶体管的噪声。1.1.晶体管的噪声来源：晶体管的噪声来源： 热噪声热噪声 晶体管中的电子不规则的热运动产生的热噪声。这类由电子热运动所产生的噪声，主要存在于rbb内。发射极和集电极电阻的热噪声一般很小可以忽略。 散粒噪声散粒噪声： 少数裁流子少数裁流子经PN结注入基区时是随机的量，即单位时间内注入的载流

37、子数单位时间内注入的载流子数目不同目不同，到达集电极的载流子数目也不同。由此引起的噪声叫散粒噪声。散粒噪声具体表现为发射极电流以及集电极电流的起伏现象。 分配噪声分配噪声 晶体管发射区注入到基区的少子中，一部分经过基区到达集电极形成集电极电流，一部分在基区复合，载流子复合时，其数量时多时少(存在起伏)。分配噪声就是集电极电流随基区载流子复合数量的变化不同所引起的噪声复合数量的变化不同所引起的噪声。即由发射极发出的栽流子分配到基极和集电极的数量随机变化而产生的噪声。 闪烁噪声闪烁噪声 它主要在低频范围产生影响(它的噪声频谱与频率 f 近似成反比)。它的产生原因目前尚有不同见解。Icn2Cbcrc

38、aIErbbUbbn2Ien2reeIEcb（二）放大器件噪声（二）放大器件噪声-晶体管和场效应晶体管的噪声。 2. 2.场效应晶体管的噪声来源：场效应晶体管的噪声来源： 场效应管漏、源之间的沟道电阻会产生热噪声热噪声。与一般电阻器不同，沟道电阻由于受栅源电压控制因而不是一个恒定电阻。这是场效应晶体管的主要噪声。 场效应管也存在散烁噪声散烁噪声。 3. 3.减小噪声的措施：减小噪声的措施： 选用低噪声的元器件低噪声的元器件、正确选择放大级的直流工作点直流工作点、选择合适的工作合适的工作带宽带宽、选用合适放大电路放大电路、降低放大器的工作温度工作温度、减少接收天线的馈线损耗馈线损耗。 IGn2C

39、gdIDn2GDgmUgsYdsSCgs4.4.放大电路噪声的表示与计算：放大电路噪声的表示与计算： 设放大器输入输出端功率普如图设放大器输入输出端功率普如图: : )()()(2fSfAfSio 表明：表明：So( f )与横轴所夹面积与横轴所夹面积 =)(2tuno 放大器的噪声表示在不同的场合可用不同的方法：放大器的噪声表示在不同的场合可用不同的方法： 如如 等效噪声带宽等效噪声带宽、噪声系数噪声系数、噪声温度噪声温度 等。等。 dffStuono)()(02 输出噪声电压输出噪声电压: : 按功率等效原则按功率等效原则( (面积相等面积相等),),定义一矩形。定义一矩形。 其高其高=

40、=S ( fo ), 其宽其宽=fn，则有，则有：noonoffSdffStu)()()(o02)()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon )()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon )()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon 等效噪等效噪声带宽声带宽fn讨论讨论：fn 取决于放大器自身参数取决于放大器自身参数Qffn02 例：单并联回路的等效噪声带宽为：例：单并联回路的等效噪声带宽为：ninono

41、ffAfSffStu)()()()(02o2 若遇具单若遇具单LC回路放大器，且回路放大器，且输入均匀功输入均匀功率普噪声时率普噪声时, 可用可用fn 来计算这一部分输出来计算这一部分输出噪声。即：噪声。即：fn与与2f0.7概念不同，但有一定关系。概念不同，但有一定关系。由图可见，放大器输出噪声强度与其由图可见，放大器输出噪声强度与其增益增益及及等效噪声等效噪声带宽带宽有关。有关。)()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon )()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiio

42、on nonoffStu)(=)(o200/nsnisiFPPPPN 1 1）定义：）定义：00/lg10)dB(nsnisiFPPPPN niPnoninossiFPAPPPPPN 0 nonononono1PPPPPPAPNniPnoF nononoPPP2 2）推理：）推理： 3 3）NF 讨论讨论： NF是描述放大器是描述放大器(二端口网络二端口网络)噪声的物理量。噪声的物理量。 噪声系数永远大于等于噪声系数永远大于等于1 1。 n no oPSR1PHA1FNn ni iP二端口网络二端口网络FniPnoNPAPniPHnonsnisiFPAPPPPPN00RSuns2Ri二端口网络

43、二端口网络PHnnoniPHnoFAfkTPPAPN SnsiSnsnsRtuRRtuP2)(=+)(=22 4 4）用额定功率和额定功率增益来表示用额定功率和额定功率增益来表示NF :FPHnFPHninoNAfkTNAPP iRR S，二二端端口口网网络络输输入入端端匹匹配配NF用额定功率表示时，用额定功率表示时，Pno是仅与二端口网络自身相关的参数。是仅与二端口网络自身相关的参数。 在非匹配情况下，该定义任成立。在非匹配情况下，该定义任成立。fkTRtuSn 4)(2sfkTRfkTRRtuPPSSSnsnsni=44=4)(=21=2电路内部噪声电路内部噪声FNPP noInoPHnF

44、PHnPHniAfkTNAfkTPAPPP )1(nononoPHnPHniAfkTAPP no 一级放大器噪声计算：一级放大器噪声计算：RSun2RiAPHNFKTfn 1noP已知：已知：APH 、NF、fn则：则： 可见：在已知可见：在已知APH 、NF、fn后，就可计算出后，就可计算出PnoIIniPHFPANPPP)1(=222no2no2no- no2no2no2PPP21121no2no)(PHFPHniPHANAPAPP 两级放大器噪声系数计算：两级放大器噪声系数计算：no2P no1PSR2PHA2FN1PHA1FN1211PHFFANN 已知：已知： APH1 、NF1、

45、APH2 、NF2、 fn n 级放大器噪声系数：级放大器噪声系数：)1(12111.11321 nPHPHFPHPHFPHFFFAANAANANNNn 由此式可知多级放大器总的噪声系数主要取决于由此式可知多级放大器总的噪声系数主要取决于，而和后面各级，而和后面各级的噪声系数几乎没有关系。的噪声系数几乎没有关系。niPHPHPHnFPHFPHniniPHPHniPHFPAAAfkTNANAPPAAPPPAPN 212221121no2no2no2)1()(niPHPHPHnFPHFPHniniPHPHniPHFPAAAfkTNANAPPAAPPPAPN 212221121no2no2no2)1

46、()(niPHPHPHniFPHFPHniniPHPHniPHFPAAAPNANAPPAAPPPAPN)1(+)(=+=212221121no2no2no2-TTAfkTAfkTPPNiPHnPHniF 111nono 因此，可将放大电路的内部噪声看做是由信号源内阻因此，可将放大电路的内部噪声看做是由信号源内阻RS 在温在温度为度为Ti时所产生的噪声。即：在放大电路的输入端，虚设一个噪时所产生的噪声。即：在放大电路的输入端，虚设一个噪声源声源上式中上式中T为室温，可认为为室温，可认为T290K。 上式常用来计算放大电路的噪声系数与噪声温度之间的转上式常用来计算放大电路的噪声系数与噪声温度之间的

47、转换。放大电路的噪声系数较低时，用噪声温度来表征放大电路换。放大电路的噪声系数较低时，用噪声温度来表征放大电路的噪声性能是比较合适的。的噪声性能是比较合适的。TTAfkTAfkTPPNiPHnPHniF 111nono三、无源二端口网络噪声系数：三、无源二端口网络噪声系数：PHniPHnoFAPAPN1 RLRSun2Ri二端口网络APHR+jX noniPfkTPn输入输出端匹配输入输出端匹配 1.1.无源二端口网络：无源二端口网络： 无源二端口网络广泛应用于各种无线电设备中。例如接收机的输入回路输入回路、天线天线至接收机的传输线传输线以及LCR 滤波器等。2.2.无源二端口网络的无源二端口网络的 NF ：21111321PHPHFPHFFFAANANNN 25. 18 . 01111 PHFAN5 . 4=13+17+12+25. 1=1+1+1+=2113210.2100.8-0.810-0.8-PHPHPHFPHPHFPHFFFAAANAANANNNGLGSisGLrCGLGSGLrCisins2in12in22in22222nsnoI4 GGfkTGGGiPLnsL222GnnoII4