高频电子线路4

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1、高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础第三节第三节 电子噪声及其特性电子噪声及其特性 干扰（或噪声）是除有用信号外的一切不需干扰（或噪声）是除有用信号外的一切不需要的信号和各种电磁扰动的总称。要的信号和各种电磁扰动的总称。 干扰与噪声是两个同义的术语，习惯上将干扰与噪声是两个同义的术语，习惯上将外部来的不需要信号称为干扰，内部产生的称外部来的不需要信号称为干扰，内部产生的称为噪声。为噪声。一、概述一、概述高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础干扰分为人为干扰和自然干扰干扰分为人为干扰和自然干扰人为干扰：高频和工频设备、不需要的无线电台、人为干

2、扰：高频和工频设备、不需要的无线电台、产生电火花的设备、气体放电器件。产生电火花的设备、气体放电器件。自然干扰：雷电、带电的雨、雪和灰尘运动、流自然干扰：雷电、带电的雨、雪和灰尘运动、流星余迹以及太阳的活动等。星余迹以及太阳的活动等。抑制干扰的方法：消除干扰源、躲避干扰、切断抑制干扰的方法：消除干扰源、躲避干扰、切断干扰传播途径。干扰传播途径。高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础二、电子噪声的来源与特性二、电子噪声的来源与特性 在电子线路中，噪声来源主要是：电阻热噪声和在电子线路中，噪声来源主要是：电阻热噪声和半导体管噪声。（纯电抗不产生噪声）半导体管噪声。（纯电抗

3、不产生噪声） 1、热噪声、热噪声: 热噪声热噪声(布朗噪声布朗噪声)由电阻由电阻(或导体或导体)内的自由电子热运内的自由电子热运动产生的。自由电子的热运动是随机运动。动产生的。自由电子的热运动是随机运动。 热运动引起噪声热运动引起噪声电压，在导体内形成电压，在导体内形成起伏的电流，引起的起伏的电流，引起的噪声称为起伏噪声或噪声称为起伏噪声或热噪声。热噪声。高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 当电阻的温度为当电阻的温度为T(K)时电阻两端的噪声电压时电阻两端的噪声电压的均方值为：的均方值为：2201lim4TnnTUu dtkTBRTB: 测量电压时的带宽。测量电压

4、时的带宽。K: 波尔茨曼常数波尔茨曼常数23137 10 J/K.k4nUkTBR表示起伏电压交流分量的有效值高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础2201lim4TnnTUu dtkTBRT电阻的热噪声是白噪声。电阻的热噪声是白噪声。均方电压谱密度和均方电流谱密度为：均方电压谱密度和均方电流谱密度为：)/(4)/(422HzAkTGSHzVkTRSIUS( f )f0高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 【例】 试计算510k电阻的噪声均方值电压和均方值电流。设K, k。 解解: 22135232210532321014. 3105101

5、02901038. 1441016. 810105102901038. 144ARBWkTIVBWkTRUnn高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础R2Un22Un12R1RUn222212121212444()4nnnnnnnUUUkTR BkTR BkT RRBkTRBRRR（1）多个电阻的热噪声）多个电阻的热噪声多个电阻混联（温度相同）时的热噪声等与混联多个电阻混联（温度相同）时的热噪声等与混联后的总电阻产生的热噪声。后的总电阻产生的热噪声。 高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础2 2 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络|H(j)|

6、2U2iSUiU2oSUo22200()()()oiU oU inU oU iUHjUSHjSUSdfHjSdf 高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础3、功率谱密度与噪声带宽功率谱密度与噪声带宽 在最坏情况下，在最坏情况下，R=RN，传送传送到负载到负载R上噪声功率是：上噪声功率是： 噪声源等效电路噪声源等效电路222444()NNUUkTRBNkTBRRR 噪声电压均方值噪声电压均方值:kTRBUN42 在单位带宽（在单位带宽（1Hz）内的噪声电压均方值：）内的噪声电压均方值：kTRUN42 电阻热噪声的功率谱密度电阻热噪声的功率谱密度()4sfk TR高频电子线

7、路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 由于由于带通带通线性系统的滤波作线性系统的滤波作用，滤除了热噪声中的一部用，滤除了热噪声中的一部分频率分量，使其频率发生分频率分量，使其频率发生了变化了变化，功率频谱密度变成，功率频谱密度变成了频率的函数。了频率的函数。 系统输出端的噪声电压均方值：系统输出端的噪声电压均方值：dffHfSdffSUioNo 0202)()()(高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 工程中将系统功率传输函数工程中将系统功率传输函数H2(f )曲线与曲线与f 轴之间的面积与功轴之间的面积与功率传输函数的比值定义为率传输函数的比值定

8、义为BN，即，即 dffHfSdffSUioNo 0202)()()(等效噪声带宽等效噪声带宽)()(202oNfHdffHB 为为f = fo时的时的功率传输函数值功率传输函数值高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础二、晶体管噪声二、晶体管噪声 晶体管噪声主要包括以下四部分。晶体管噪声主要包括以下四部分。 1 1 、热噪声、热噪声 构成晶体管的发射区、基区、集电区的体电构成晶体管的发射区、基区、集电区的体电阻和引线电阻均会产生热噪声阻和引线电阻均会产生热噪声, , 其中以基区体电阻其中以基区体电阻r rbbbb的影响为主。的影响为主。 高频电子线路高频电子线路第第2

9、 2章章 高频电路基础高频电路基础2 2、 散弹噪声散弹噪声散弹噪声是晶体管的主要噪声源。它是由单位时间散弹噪声是晶体管的主要噪声源。它是由单位时间内通过结的载流子数目随机起伏而造成的。人内通过结的载流子数目随机起伏而造成的。人们将这种现象比拟为靶场上大量射击时弹着点对靶们将这种现象比拟为靶场上大量射击时弹着点对靶中心的偏离中心的偏离, , 故称为散弹噪声。故称为散弹噪声。 在本质上它与电在本质上它与电阻热噪声类似阻热噪声类似, , 属于均匀频谱的白噪声。属于均匀频谱的白噪声。高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 3 3、 分配噪声分配噪声 在晶体管中在晶体管中,

10、, 通过发射结的非平衡载流子大部分到达通过发射结的非平衡载流子大部分到达集电结集电结, , 形成集电极电流形成集电极电流, , 而小部分在基区内复合而小部分在基区内复合, , 形成基极形成基极电流。电流。 这两部分电流的分配比例是随机的这两部分电流的分配比例是随机的, , 从而造成集电极从而造成集电极电流在静态值上下起伏变化电流在静态值上下起伏变化, , 产生噪声产生噪声, , 这就是分配噪声。这就是分配噪声。 分配噪声实际上也是一种散弹噪声分配噪声实际上也是一种散弹噪声, , 但它的功率频谱但它的功率频谱密度是随频率变化的密度是随频率变化的, , 频率越高频率越高, , 噪声越大。噪声越大。

11、高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础4 4、 闪烁噪声闪烁噪声 产生这种噪声的机理目前还不甚明了产生这种噪声的机理目前还不甚明了, , 一般认为是由于一般认为是由于晶体管表面清洁处理不好或有缺陷造成的晶体管表面清洁处理不好或有缺陷造成的, , 其特点是频谱集中其特点是频谱集中在约在约 k k以下的低频范围以下的低频范围, , 且功率频谱密度随频率降低而且功率频谱密度随频率降低而增大。在高频工作时增大。在高频工作时, , 可以忽略闪烁噪声。可以忽略闪烁噪声。 高频电子线路高频电子线路第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础3 3、 场效应管噪声场效应管噪声 场效应管是