第二章(4-1)噪聲

1、第二章第二章 噪聲與非線性失真噪聲與非線性失真噪聲噪聲限制了系統(tǒng)所能處理的限制了系統(tǒng)所能處理的最低最低信號(hào)電平信號(hào)電平非線性失真非線性失真限制了系統(tǒng)所能處理的限制了系統(tǒng)所能處理的最高最高電平電平本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容:一一. .噪聲噪聲1. 起伏噪聲的起伏噪聲的基本特性基本特性2.2.電子器件內(nèi)部噪聲的電子器件內(nèi)部噪聲的來(lái)源及等效電路來(lái)源及等效電路3. 衡量系統(tǒng)噪聲性能的衡量系統(tǒng)噪聲性能的指標(biāo)指標(biāo)噪聲系數(shù)與等效噪聲溫度噪聲系數(shù)與等效噪聲溫度二二. 非線性非線性1.1.非線性器件的非線性器件的描述方法描述方法2.2.器件非線性器件非線性對(duì)對(duì)線性放大器線性放大器的的影響及衡量指標(biāo)影響及衡量指標(biāo)3

2、.非線性器件在非線性器件在頻譜搬移頻譜搬移中的中的應(yīng)用應(yīng)用2.1 起伏噪聲起伏噪聲起伏噪聲的起伏噪聲的特點(diǎn)特點(diǎn)（以電阻熱噪聲為例）：（以電阻熱噪聲為例）：隨機(jī)性、電流脈沖持續(xù)時(shí)間短、平均值為零隨機(jī)性、電流脈沖持續(xù)時(shí)間短、平均值為零描述起伏噪聲的描述起伏噪聲的幾個(gè)重要概念：幾個(gè)重要概念：（1）頻譜）頻譜 極寬，幾乎占據(jù)整個(gè)無(wú)線電頻段極寬，幾乎占據(jù)整個(gè)無(wú)線電頻段（2）功率譜密度）功率譜密度 單位單位：dBm/Hz )( fS頻帶頻帶 內(nèi)的內(nèi)的功率功率：21)(ffVVdffSP12fffdBm概念概念用用 dB 表示功率大?。罕硎竟β蚀笮。?0logP1mW功率：功率：10log10dBm15mW

3、功率：功率：10log1511.76dBm0.5mW功率功率10log0.53dBm 2nV噪聲噪聲電壓均方值電壓均方值 2nI噪聲噪聲電流均方值電流均方值電流功率譜密度電流功率譜密度212( )fnIfISf df( )ISf電壓功率譜密度電壓功率譜密度 ( )VSf212( )fnVfVSf df2nI2nV和和 代表單位電阻上的功率代表單位電阻上的功率白噪聲白噪聲: 是是常數(shù)常數(shù))( fS)()(1222121ffSdfSfdfSIIffIffIn功率譜密度功率譜密度 帶寬帶寬（3 3）等效噪聲帶寬）等效噪聲帶寬 -白噪聲通過(guò)白噪聲通過(guò)線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)fH(f)00222)()()(df

4、fHSdffHfSViin2)()()(fHfSfSio)()(0202fHdffHBL等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬定義定義系統(tǒng)系統(tǒng)總輸出噪聲總輸出噪聲22200( )( )()niiLVSfH fdfS Hf B2.2 電路器件的噪聲電路器件的噪聲RkTSI14kTRRSSIV42電流電流電壓電壓白噪聲白噪聲1. 功率譜密度功率譜密度3. 有噪電阻的串并聯(lián)有噪電阻的串并聯(lián)2. 等效電路等效電路2.2.1 電阻的熱噪聲及等效電路電阻的熱噪聲及等效電路有噪電阻有噪電阻串聯(lián)串聯(lián) 無(wú)噪電阻無(wú)噪電阻R串噪聲電壓源串噪聲電壓源并聯(lián)并聯(lián)無(wú)噪電阻無(wú)噪電阻R并噪聲電流源并噪聲電流源2nV2nIkTRBVn42BR

5、kTIn142（B為系統(tǒng)為系統(tǒng)帶寬帶寬）4. 額定噪聲功率額定噪聲功率條件條件: 噪聲源與系統(tǒng)匹配噪聲源與系統(tǒng)匹配NAB與噪聲源電阻與噪聲源電阻R大小無(wú)關(guān)大小無(wú)關(guān)與噪聲源溫度有關(guān)與噪聲源溫度有關(guān)特點(diǎn)特點(diǎn)kTBRkTRBRVNnA4442bbr1 . 基區(qū)電阻基區(qū)電阻 熱噪聲熱噪聲 白噪聲白噪聲2. 散粒噪聲散粒噪聲3. 閃爍噪聲閃爍噪聲 噪聲噪聲f12.2.2 雙極型晶體管的噪聲雙極型晶體管的噪聲 3. 噪聲等效電路噪聲等效電路1. 溝道電阻熱噪聲溝道電阻熱噪聲 2.2.3 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲2. 噪聲等效電路噪聲等效電路2.2.42.2.4 電抗元件的噪聲電抗元件的噪聲電抗元件的噪

6、聲來(lái)源于它的損耗電阻電抗元件的噪聲來(lái)源于它的損耗電阻熱噪聲熱噪聲線性網(wǎng)絡(luò)噪聲的表示方法：線性網(wǎng)絡(luò)噪聲的表示方法：1. 兩端口網(wǎng)絡(luò)的等效輸入噪聲源兩端口網(wǎng)絡(luò)的等效輸入噪聲源 有噪網(wǎng)絡(luò)有噪網(wǎng)絡(luò) （包含各種（包含各種 線性元件）線性元件）2. 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)3. 等效噪聲溫度等效噪聲溫度2.2.2.5 兩端口網(wǎng)絡(luò)的等效輸入噪聲源兩端口網(wǎng)絡(luò)的等效輸入噪聲源 等效等效2nV串聯(lián)串聯(lián)噪聲噪聲電壓源電壓源 2nI并聯(lián)并聯(lián)噪聲噪聲電流源電流源 2nV2nI輸入端輸入端短路短路，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等效到輸入端的值，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等效到輸入端的值 輸入端輸入端開路開路，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等

7、效到輸入端的值，將有噪網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率等效到輸入端的值 求法：求法：2.3 2.3 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)2.3.1 2.3.1 噪聲系數(shù)定義噪聲系數(shù)定義ooiioiNPNPSNRSNRF/ 有噪有噪 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)()iSNR()oSNR2.3.2 .3.2 噪聲系數(shù)與等效輸入噪聲源的關(guān)系噪聲系數(shù)與等效輸入噪聲源的關(guān)系FdBNFlog10)( 1()()ioSNRFSNR2()14nnSSVI RkTR B 對(duì)噪聲系數(shù)的理解對(duì)噪聲系數(shù)的理解有噪網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)一定大于有噪網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)一定大于1噪聲系數(shù)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲大小有關(guān)噪聲系數(shù)與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲大小有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)與外部源噪聲有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)與外部

8、源噪聲有關(guān)與源噪聲溫度與源噪聲溫度 T 有關(guān)有關(guān)測(cè)量噪聲系數(shù)時(shí)，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度測(cè)量噪聲系數(shù)時(shí)，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度 T0=290k 噪聲匹配噪聲匹配噪聲系數(shù)最小噪聲系數(shù)最小最佳源內(nèi)阻最佳源內(nèi)阻與源內(nèi)阻與源內(nèi)阻R 有關(guān)有關(guān)BkTRRIVSNRSNRFSSnnoi4)(1)()(22.4 2.4 等效噪聲溫度等效噪聲溫度 條件：條件：有噪線性網(wǎng)絡(luò)、有噪線性網(wǎng)絡(luò)、 產(chǎn)生白噪聲、匹配產(chǎn)生白噪聲、匹配2.4.1.4.1等效噪聲溫度定義等效噪聲溫度定義定義：定義：將網(wǎng)絡(luò)視為無(wú)噪，其內(nèi)部噪聲折合到輸入源端，將網(wǎng)絡(luò)視為無(wú)噪，其內(nèi)部噪聲折合到輸入源端， 視為由某電阻在溫度視為由某電阻在溫度 時(shí)產(chǎn)生的白噪聲時(shí)產(chǎn)生的

9、白噪聲eTPGBePNkT BG內(nèi)有噪網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲有噪網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲和等效噪聲溫度的關(guān)系和等效噪聲溫度的關(guān)系2.4.2 2.4.2 等效噪聲溫度與噪聲系數(shù)的關(guān)系等效噪聲溫度與噪聲系數(shù)的關(guān)系引入等效噪聲溫度的意義：引入等效噪聲溫度的意義：設(shè)天線（信號(hào)源）的額定輸入噪聲為：設(shè)天線（信號(hào)源）的額定輸入噪聲為：0kT B即噪聲溫度為即噪聲溫度為0T網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度為網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度為eT總噪聲溫度為總噪聲溫度為0eTT0()ek TT B總輸入噪聲功率為總輸入噪聲功率為總輸出噪聲功率為總輸出噪聲功率為0()ePk TT BG已知條件已知條件: 網(wǎng)絡(luò)帶寬網(wǎng)絡(luò)帶寬 B、 、eTPGiP0T源端匹配源端匹配 、0) 1(TFTe噪聲系數(shù)與等效噪聲溫度的噪聲系數(shù)與等效噪聲溫度的關(guān)系式：關(guān)系式：2.5 2.5 多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的噪聲系數(shù)多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的噪聲系數(shù)已知；已知；各級(jí)間均匹配，帶寬均為各級(jí)間均匹配，帶寬均為B額定功率增益、噪聲系數(shù)額定功率增益、噪聲系數(shù)等效噪聲溫度等效噪