LC谐振放大器的噪声带宽

#有可能产生爆裂噪声。从设计和调试的角度出发，人们更关心的是整体电路的噪声特性，而不是各个独立的噪声源的噪声特性。这就需要定义一些整体电路的噪声特性指标，以便衡量电路噪声的优劣，进行不同电路的性能对比，并利用这些指标对电路进行改进和优化。2噪声系数和噪声因数2.1噪声系数(noisefactor)双极型晶体管、场效应管、集成运算放大器都有其固有的内部噪声源。当衡量一个有源器件的噪声特性时，人们更关注信号呗放大和传递过程中信噪比的变化情况。为此引入噪声系数F这一重要指标，以衡量有源器件的噪声特性的优劣。对于图1所示的线性二端口网络e为信号源电压，R为信号源输ss出电阻,R为放大器负载电阻。放大器的输入噪声只有R产生热噪声。Ls噪声系数F为输出总噪声功率放大器无噪声时的输出噪声功率输出总噪声功率放大器无噪声时的输出噪声功率(2—1)图1公式中，“放大器无噪声时的输出噪声功率”指的是仅由输入噪声经放大器引起的输出噪声功率。噪声系数F表征放大器在放大信号的同时，又使得输出噪声增加的程度，F越大，说明放大器内部噪声源在输出端产生的噪声功率占输出总噪声功率的比重越大。噪声系数F表征二端口网络对信噪比的影响的情况。对于一个无噪声的理想放大器,F=1,；而对于具有内部噪声源的实际放大器，〉1。F越大，说明放大器内部噪声越严重，放大器导致的信噪比恶化程度就越严重。噪声系数岁放大器的偏置电流、工作频率、温度及信号源输出电阻变化而变化。在谈及一个放大器的噪声系数是多少时，必须说明上述工作条件。此外，噪声系数也只适用于线性电路，对于非线性电路，即使电路内部没有任何噪声源，起输出端的信噪比也与输入端不同，噪声系数的概念也不再适用。2.2噪声因数(noisefigure)噪声系数F常用dB表示为噪声因数NFNF=10lgF(dB)(2-2)噪声因数NF表征在原来不可避免的信号源噪声之上由放大器增加的噪声功率多少。利用噪声因数NF的对数特性，可以把噪声系数F的相乘运算化解为想家运算。低噪声放大器的噪声因数小，对于自身不产生任何噪声的理想运算放大器，其噪声因数为0dB。噪声因数越大,说明放大器的噪声性越差。低噪声设计的目的就是使放大器的NF值尽量地小。3放大器的噪声模型任何一个放大器内部都有许多噪声源(包括电阻、晶体管等)，为了使问题简化，在放大器的噪声分析、噪声指标计算及低噪声电子设计中，一般都是把所有内部噪声源都折合到放大器输入端，用输入端的等效噪声源来表示，利用等效噪声源进行分析、计算和设计会带来很多方便。根据线性电路理论，任何网络内的电源都可以等效到网络的输入端，对于噪声源也可以这样做。图2(a)表示的是实际二端口网络,将网络内部的所有噪声源等效为网络输入端的一个电压源e和一个n电流源i，如图2(b)所示。nO实际二端口网络oiff一端口网络0(a)二端口网络(b)(a)二端口网络图2二端口网络及其等效噪声模型4.放大器的噪声特性4.1放大器的等效输入噪声与信号源电阻关系前置放大器经常使用图3(1)所示的组态，图中的e是被测信号s电压，R是信号源的输出电阻。把电阻和放大器用其噪声模型代替，S可得图3(2)所是的等效噪声电路，电阻R的热噪声表示为噪声电s压源e，e和i分别为放大器等效到输入端的噪声电压和噪声电流。Rtnno有噪声放大器NO1^0乩I瓦^=W-r放大器(a)实际电路(b压源e，e和i分别为放大器等效到输入端的噪声电压和噪声电流。Rtnno有噪声放大器NO1^0乩I瓦^=W-r放大器(a)实际电路(b)等效噪声电路图3放大器连接到信号源输入电路的总噪声功率:E2=V2+E2+12R2=4KTRAf+E2+12R2nitnnssnns等效输入噪声功率与信号源内阻R的关系S(4—1)E2=V2+E2+12R2=4K7Rf+E2+12R2nitnnssnns式中的T为绝对温度，Af为电路的带宽。(4—2)对于内部噪声较严重的普通放大器，E和I数值较大。nn当R阻值s较小时，输入总噪声E由E主导；当R阻值较大时，输入总噪声Eninsni由IR主导。E和I互相交叠淹没了信号源电阻的热噪声，这种情况nsnn如图4(a)所示。对于低噪声放大器，E和IR数值较小，在R的中等数值范围，TOC\o"1-5"\h\znnss输入总噪声E的主导成分是信号源电阻R的热噪声E，只有在R很nists小时，输入总噪声由E主导；在R很大时，输入总噪声由IR主导,nsns如图4(b)所示。V1Vr+V1Vr+Qird"VQ£十.Jf十.(a)高噪声放人器①)低噪声放大器图4等效输入噪声电压均方值及其分量对信号源电阻R的关系s4.2最佳源电阻及噪声匹配利用图3(b)的噪声模型，噪声系数F可以根据放大器输入等效早生情况来计算。(4—3)PE24KTRAf+E2+12R2E2+12R2(4—3)TOC\o"1-5"\h\zno—=——ni=snn4=1+——nns-PKP4KTRAf4KTRAfnipniss式中，P为放大器总的输出噪声功率；P为信号源电阻热噪声noni功率；K为放大器的功率放大倍数。或将噪声系数表示为等效噪声源p平方根谱密度的形式，即(4—4)F二1+气+.R2(4—4)4KTRs式(4-3)中只有当R为最佳源电阻R时，噪声系数F才能达到最小sso值F，这种情况成为噪声匹配。min

为了寻求最佳电阻R，将式（4-3）对R求导，在令6FER二0，sos1s得(4-5)R二E/I(4-5)sonn用上式表示的R代替（3-3）中的R,得噪声系数最小值Fsosmin(4-6)EI(4-6)N_N-2KTAf表示为等效噪声源平方根谱密度的形式-N(4-7)SOI-N(4-7)SOIR为最佳源电阻。so5.LC谐振放大器的噪声带宽谐振放大器是电视机、通信接收装置中常用的高频信号放大电路,通常LC回路构成，如图5所示。f为回路的谐振频率，3dB带宽已0知为Af07=f0/Q,其中Q为LC回路的品质因数。(b)等效电路

图5LC谐振放大器(4—8)LC谐振放大器的噪声带宽为(4—8)恃n=|恃0.7兀由此可见，4fn>Af0.7,当n级数增加时，Afn--4f0.7。参考文献戴逸松•微弱信号检测方法及仪器[M].