光纖通信第三章2-放大器的噪聲

1、北京郵電大學(xué)顧畹儀1一、噪聲分析的一般方法一、噪聲分析的一般方法二、放大二、放大 器噪聲的計(jì)算器噪聲的計(jì)算1、放大、放大 器輸入端的等效電路器輸入端的等效電路2、放大、放大 器輸入端的噪聲源器輸入端的噪聲源3、放大、放大 器輸出噪聲的計(jì)算器輸出噪聲的計(jì)算三、場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的噪聲三、場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的噪聲四、雙極晶體管前置放大器的噪聲四、雙極晶體管前置放大器的噪聲五、前置放大器的類(lèi)型五、前置放大器的類(lèi)型北京郵電大學(xué)顧畹儀2一、噪聲分析的一般方法一、噪聲分析的一般方法 1、噪聲的概念、噪聲的概念 1）廣義噪聲：隨機(jī)噪聲 電磁干擾 2）隨機(jī)噪聲總是與信號(hào)相對(duì)存在 表示方法：SNR，NF 3）前

2、置放大器的噪聲是放大器主要的噪聲北京郵電大學(xué)顧畹儀32、隨機(jī)噪聲的概率密度函數(shù)和概率分布函數(shù)、隨機(jī)噪聲的概率密度函數(shù)和概率分布函數(shù) 對(duì)于平穩(wěn)隨機(jī)噪聲對(duì)于平穩(wěn)隨機(jī)噪聲X, 落在落在x和和x+dx之間的概率為：之間的概率為： f(x) 稱(chēng)為隨機(jī)過(guò)程的概率密度函數(shù)，稱(chēng)為隨機(jī)過(guò)程的概率密度函數(shù)， F(x) 是概率分布函數(shù)。是概率分布函數(shù)。 兩隨機(jī)變量之和：兩隨機(jī)變量之和： ()( )x dxxP xXxdxf x dx( )()( )xF xP Xxf x dx, ( )( )( )zxyZXYfzfxfy北京郵電大學(xué)顧畹儀43、隨機(jī)過(guò)程的數(shù)字特征、隨機(jī)過(guò)程的數(shù)字特征1）數(shù)學(xué)期望（均值）數(shù)學(xué)期望（均值

3、） 2）標(biāo)準(zhǔn)差）標(biāo)準(zhǔn)差 方差：方差： 標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差: ( )( )E xxf x dxx t222( )( ) ( )D xE xE xE xE x( )( )xD x北京郵電大學(xué)顧畹儀54、平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的功率譜密度、平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的功率譜密度dFdttxdttxFxx22ti -)(21)(e)()(dFTdttxTxTTTT22)(21lim21)(21limParseval 等式等式22)(21lim)(2)(21limxTxxTFTSdFT平均功率平均功率 =雙邊平均功率譜密度雙邊平均功率譜密度北京郵電大學(xué)顧畹儀6二、放大二、放大 器噪聲的計(jì)算器噪聲的計(jì)算放大器噪聲的特點(diǎn)：放大器噪聲的特

4、點(diǎn)：v服從高斯分布服從高斯分布v對(duì)高斯分布，若對(duì)高斯分布，若 依然是高斯依然是高斯分布，分布，且且, ( )zZXYfz221()( )exp22xmf x222zxy北京郵電大學(xué)顧畹儀71、放大放大 器輸入端的等效電路器輸入端的等效電路 北京郵電大學(xué)顧畹儀82、放大、放大 器輸入端的噪聲源器輸入端的噪聲源思路：思路：將所有噪聲源等效到輸入端將所有噪聲源等效到輸入端是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程輸入端是白噪聲輸入端是白噪聲從各個(gè)噪聲源的功率譜密度從各個(gè)噪聲源的功率譜密度出發(fā)分析出發(fā)分析1）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲 等效為并聯(lián)電流噪聲源：等效為并聯(lián)電流噪聲源： 等效為串聯(lián)電壓噪聲源：等效為串聯(lián)電

5、壓噪聲源：2）放大器有源器件的噪聲：）放大器有源器件的噪聲：SI ，SE 2232 1.3810/bbd ekKRdfkJK22bbd ikKdfR北京郵電大學(xué)顧畹儀93、放大 器輸出噪聲的計(jì)算1）思路）思路 放大器是線性系統(tǒng)放大器是線性系統(tǒng) 對(duì)串聯(lián)電壓噪聲源，先轉(zhuǎn)換對(duì)串聯(lián)電壓噪聲源，先轉(zhuǎn)換成電流源成電流源. 輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納: 對(duì)對(duì)SE，乘以乘以按高斯分布對(duì)噪聲功率求和按高斯分布對(duì)噪聲功率求和1j ttCR2221(), tttbatdsaCRRRRCCCC2( )( )( )( )( )( )( )( )( )TTviTv ti tZtVIZSSZ北京郵電大學(xué)顧畹儀102）輸出噪聲功率）輸

6、出噪聲功率3）小結(jié)：）小結(jié)： 偏置電阻偏置電阻Rb越大，電阻的熱噪聲越小；越大，電阻的熱噪聲越??； 輸入電阻輸入電阻Rt越大，輸入電容越大，輸入電容ct越小，串聯(lián)電壓噪聲源越小，串聯(lián)電壓噪聲源的影響越小。的影響越小。2)1()(2)()2(222222dCRZSdZSRkKVttTETIbna北京郵電大學(xué)顧畹儀11三、場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的噪聲三、場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的噪聲1、輸入端等效電路、輸入端等效電路北京郵電大學(xué)顧畹儀122、噪聲源噪聲源1）散粒噪聲）散粒噪聲 Igate為為FET的柵漏電流。的柵漏電流。2）溝道的熱噪聲）溝道的熱噪聲 gm為為FET的跨導(dǎo)，的跨導(dǎo)， 為數(shù)值系數(shù)，對(duì)為數(shù)值系數(shù)

7、，對(duì)Si FET, =0.7; 對(duì)對(duì)GaAs FET, =1.1。 等效到輸入端，等效到輸入端，mEgkKS222outmd ikKgdf21900, 1.6 10aIgatediSe IeCdf北京郵電大學(xué)顧畹儀13mtnaTtmTbmgatebnagCvdZCgkKdZRgkKIeRkKv222222202)(222)(1223 、輸出端總噪聲、輸出端總噪聲gm /Ct2 是場(chǎng)效應(yīng)管前放的優(yōu)值。北京郵電大學(xué)顧畹儀14四、雙極晶體管前置放大器的噪聲四、雙極晶體管前置放大器的噪聲1、輸入端等效電路、輸入端等效電路eeImvrr)(26)1 ()1 (北京郵電大學(xué)顧畹儀152、輸入端噪聲源、輸入

8、端噪聲源1）散粒噪聲2）基極電阻的熱噪聲bbakKrdfed212baIedfid02北京郵電大學(xué)顧畹儀163）分配噪聲）分配噪聲4） 1/ f 噪聲噪聲kKIegIeKkgIedfedIedfidcmcmcacc0022202202北京郵電大學(xué)顧畹儀173、輸出噪聲功率2)()2(202dZIeRkKvTbbnaRt = Rb | Ra, ct = cd + cs + ca存在最佳集電極電流Ic2)1()(2)(1)(222220222222dCRZIeKkdCCRZkKrttTcsdbTbb北京郵電大學(xué)顧畹儀18五、前置放大器的類(lèi)型五、前置放大器的類(lèi)型1、高阻型2、低阻型3、跨阻型(互阻型)tWiCBR21tiHCRf21北京郵電大學(xué)顧畹儀19iabftRRRRR)(ARRRARRfabfi11