2.1-噪聲概述ppt課件

1、微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)一、噪聲概述一、噪聲概述1. 1. 與噪聲相關(guān)的的幾個(gè)基本概念與噪聲相關(guān)的的幾個(gè)基本概念（2 2噪聲的統(tǒng)計(jì)特性噪聲的統(tǒng)計(jì)特性(Statistical characteristics of noise)(Statistical characteristics of noise) 由于噪聲的取值

2、不可預(yù)測(cè)，更不能用一個(gè)解析函數(shù)來(lái)定義，所以要由于噪聲的取值不可預(yù)測(cè)，更不能用一個(gè)解析函數(shù)來(lái)定義，所以要用概率和統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)描述。統(tǒng)計(jì)方法側(cè)重的是樣本總體的定量性質(zhì)，用概率和統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)描述。統(tǒng)計(jì)方法側(cè)重的是樣本總體的定量性質(zhì)，而不是個(gè)體元素的性質(zhì)。就隨機(jī)噪聲而言，樣本可以由其波形的大量而不是個(gè)體元素的性質(zhì)。就隨機(jī)噪聲而言，樣本可以由其波形的大量的連續(xù)取值組成。常用的概率和統(tǒng)計(jì)描述方法有概率密度函數(shù)以及數(shù)的連續(xù)取值組成。常用的概率和統(tǒng)計(jì)描述方法有概率密度函數(shù)以及數(shù)學(xué)期望值、方差、均方值、相關(guān)函數(shù)等特征值。學(xué)期望值、方差、均方值、相關(guān)函數(shù)等特征值。（1 1噪聲與干擾噪聲與干擾Noise and I

3、nterferenceNoise and Interference） 通常把可以減少或消除的外部擾動(dòng)稱為干擾，把由于材料或器通常把可以減少或消除的外部擾動(dòng)稱為干擾，把由于材料或器件件 的物理原因產(chǎn)生的擾動(dòng)稱為噪聲。的物理原因產(chǎn)生的擾動(dòng)稱為噪聲。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)隨機(jī)噪聲波形隨機(jī)噪聲波形 x(t) x(t)與概

4、率密度函數(shù)與概率密度函數(shù)p(x)p(x)之間的關(guān)系之間的關(guān)系概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(x): p(x): 表示噪聲電壓表示噪聲電壓x(t)x(t)在在t t時(shí)刻取值為時(shí)刻取值為x x的概的概 率，對(duì)于所有率，對(duì)于所有x x都有都有p(x)0,p(x)0,且概率曲線下覆蓋的面積為且概率曲線下覆蓋的面積為1. 1. 微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪

5、聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)均方根值均方根值: :（用來(lái)衡量噪聲電壓幅值的大?。ㄓ脕?lái)衡量噪聲電壓幅值的大?。┚稻? :（噪聲電壓的平均值）（噪聲電壓的平均值）（反映的是隨機(jī)噪聲的起伏程度）（反映的是隨機(jī)噪聲的起伏程度） 方差：方差：均方值均方值: :（反映隨機(jī)噪聲的功率）（反映隨機(jī)噪聲的功率） 微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接

6、地技術(shù)（3 3隨機(jī)噪聲的功率譜密度及自相關(guān)函數(shù)隨機(jī)噪聲的功率譜密度及自相關(guān)函數(shù) 功率譜密度功率譜密度S()S()，從名字分解來(lái)看就是說(shuō)，觀察對(duì)象是功率，觀察，從名字分解來(lái)看就是說(shuō)，觀察對(duì)象是功率，觀察域是譜域，通常指頻域，密度，就是指觀察對(duì)象在觀察域上的分布情況，域是譜域，通常指頻域，密度，就是指觀察對(duì)象在觀察域上的分布情況，功率譜密度即用來(lái)分析噪聲功率隨頻率的分布情況。功率譜密度是結(jié)構(gòu)在功率譜密度即用來(lái)分析噪聲功率隨頻率的分布情況。功率譜密度是結(jié)構(gòu)在隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷激勵(lì)下響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，是一條功率譜密度值隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷激勵(lì)下響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，是一條功率譜密度值頻率值的關(guān)頻率值的關(guān)系曲線，其中功率譜密

7、度可以是位移功率譜密度、速度功率譜密度、加速系曲線，其中功率譜密度可以是位移功率譜密度、速度功率譜密度、加速度功率譜密度、力功率譜密度等形式。度功率譜密度、力功率譜密度等形式。已知S()或S(f)，就可求得噪聲的平均功率(均方值) ：角頻率，f ：頻率， P：處帶寬之間噪聲的平均功率。S()公式表示： 或微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大

8、和屏蔽接地技術(shù)功率譜密度的單位是功率譜密度的單位是G G的平方的平方/ /頻率頻率 - -即函數(shù)幅值的均方根值與頻率之比。是對(duì)隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行分即函數(shù)幅值的均方根值與頻率之比。是對(duì)隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行分析的重要參數(shù)。析的重要參數(shù)。例：如果是加速度功率譜密度，加速度的單位是例：如果是加速度功率譜密度，加速度的單位是m/s2,m/s2,那么，加速度功率譜密度的單位就是那么，加速度功率譜密度的單位就是(m/s2)2/Hz,(m/s2)2/Hz,而而HzHz的單位是的單位是1/s,1/s,經(jīng)過(guò)換算得到加速度功率譜密度的單位是經(jīng)過(guò)換算得到加速度功率譜密度的單位是m2/s3.m2/s3.位移功率譜密度？速度功率譜密度

9、？加速度功率譜密度?m2*sm2/sm2/s3微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)(Autocorrelation function)(Autocorrelation function)：表示隨機(jī)過(guò)程在二個(gè)：表示隨機(jī)過(guò)程在二個(gè)不同時(shí)間上的相關(guān)性。不同時(shí)間上的相關(guān)性。 Rx()有三個(gè)重要特性： 1） 與起點(diǎn)無(wú)

10、關(guān)，僅與有關(guān)； 2） 由于噪聲是獨(dú)立隨機(jī)的，故上升， Rx()下降， 趨向無(wú)窮， Rx()趨向0； 3） =0， Rx()最大， R(0) 代表噪聲的均方值噪聲功率）公式：微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)例：利用采樣保持器對(duì)零均值連續(xù)隨機(jī)電壓波形進(jìn)行不斷的采樣保持,保持的時(shí)間間隔為1s。設(shè)各采樣之間互不相關(guān),采樣值在-1+1 之間均勻分布。 t=O 之后第一次采樣時(shí)刻叫在0ls之間均勻分布。采樣保持器的輸出波形x(t)示于下圖,試求x (t)的功率p ,和自相關(guān)函數(shù)Rx()

11、的圖形。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)解:因?yàn)椴蓸又祒 ( z )在-1 +1 之間均勻分布,其概率密度函數(shù)p ( x )的形狀如圖所示x(t)功率為微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系是一對(duì)傅立葉變換的關(guān)系：功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系是一對(duì)傅立葉變換的關(guān)系：,微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detecti

12、on)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)（4 4放大器或線性網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲帶寬放大器或線性網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲帶寬Equivalent Noise Equivalent Noise BandwidthBandwidth ）噪聲帶寬概念的出現(xiàn)，最初是為了從具有寬帶噪聲輸入的放大器中快速計(jì)算輸出噪聲功率，這個(gè)概念也可以推廣到信號(hào)帶寬。等效噪聲帶寬是假想的矩形頻譜寬度，該寬度帶寬內(nèi)的功率等于實(shí)際頻譜在正頻率

13、范圍內(nèi)的功率即實(shí)際絕對(duì)帶寬內(nèi)的功率），簡(jiǎn)言之就是兩者的功率相等。計(jì)算公式：計(jì)算公式：或微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)例：一階RC低通濾波器電路如圖所示，求其等效噪聲帶寬。RCx(t)y(t)解：電路的頻率響應(yīng)函數(shù)為電路的幅頻響應(yīng)函數(shù)為當(dāng)=0時(shí)，可得電路的直流增益A0=1，代入等效噪聲帶寬的公式可得微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè)

14、 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù) 信噪比信噪比SNRSNR）：衡量一個(gè)信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的指標(biāo)。它是在指）：衡量一個(gè)信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的指標(biāo)。它是在指定頻帶內(nèi)，同一端口信號(hào)功率定頻帶內(nèi)，同一端口信號(hào)功率P s P s 和噪聲功率和噪聲功率P nP n的比值，即的比值，即當(dāng)用分貝表示信噪比時(shí)，有 信噪比越大，信號(hào)質(zhì)量越好。 （5 5信噪比、信噪改善比與噪聲系數(shù)

15、信噪比、信噪改善比與噪聲系數(shù)信噪改善比信噪改善比SNIRSNIR）: : 反映系統(tǒng)噪聲的改善情況反映系統(tǒng)噪聲的改善情況微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲系數(shù)：描述系統(tǒng)或放大器的噪聲情況噪聲系數(shù)：描述系統(tǒng)或放大器的噪聲情況定義：線性四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的信噪比與輸出端的信噪比之比值。定義：線性四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的信噪比與輸出端的信噪

16、比之比值。線件四端網(wǎng)絡(luò)如圖所示，圖中Rs是信號(hào)源內(nèi)阻， s是信號(hào)源電壓， n是信號(hào)源內(nèi)阻，Rr是等效噪聲源電壓， RL是負(fù)載。 微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)或用dB表示為 設(shè)輸入端的信號(hào)功率為Psi ，由信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲功率為Pni ，而網(wǎng)絡(luò)的輸出端負(fù)載上所得到的信號(hào)功率和噪聲功率分別為Pso 、 Pno ，噪聲系

17、數(shù)定義為 微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)（5 5噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)Noise coefficientNoise coefficient）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)F F：衡量有源器件的噪聲特性的優(yōu)劣：衡量有源器件的噪聲特性的優(yōu)劣四端口網(wǎng)絡(luò)如圖所示，圖中Rs是信號(hào)源內(nèi)阻， s是信號(hào)源電壓， RL是放大器負(fù)載。 結(jié)論：結(jié)論：F F越小，

18、說(shuō)明系統(tǒng)越好，越小，說(shuō)明系統(tǒng)越好，能檢測(cè)到的信號(hào)也越小，檢測(cè)能檢測(cè)到的信號(hào)也越小，檢測(cè)靈敏度越高。靈敏度越高。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)2. 2. 電子系統(tǒng)內(nèi)部的固有噪聲源電子系統(tǒng)內(nèi)部的固有噪聲源（1 1電阻的噪聲電阻的噪聲電阻的噪聲主要有三大類型：熱噪聲，接觸噪聲，以及shot噪聲。低噪聲設(shè)計(jì)：低噪聲設(shè)計(jì)：低溫，低

19、阻值，增加尺寸和空間，減少交直低溫，低阻值，增加尺寸和空間，減少交直流電流流電流特點(diǎn)：特點(diǎn)： 熱噪聲主要依賴與溫度，頻寬，以及阻值；接觸噪聲依賴于熱噪聲主要依賴與溫度，頻寬，以及阻值；接觸噪聲依賴于平均直流電流、頻寬、材料類型和幾何形狀；平均直流電流、頻寬、材料類型和幾何形狀；shotshot噪聲依賴頻寬噪聲依賴頻寬以及平均直流電流大小。以及平均直流電流大小。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章

20、 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)任何電阻或?qū)w,即使沒(méi)有連接到任何信號(hào)源或電源，也沒(méi)有任何電流流過(guò)該電阻,其兩端也會(huì)呈現(xiàn)噪聲電壓起伏,這就是電阻的熱噪聲。產(chǎn)生原因：電阻中電子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致電阻兩端電荷的瞬時(shí)堆積，形成噪聲電壓。功率譜密度函數(shù)：熱噪聲熱噪聲Johnson noiseJohnson noise的統(tǒng)計(jì)特性的統(tǒng)計(jì)特性等效功率Pt：B為系統(tǒng)的等效噪聲帶寬，單位Hz，et為熱噪聲電壓值，Pt單位為V2噪聲電壓的有效值Et：微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低

21、噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)例：證明溫度相同的兩個(gè)電阻R1和R2相串聯(lián)和并聯(lián)所產(chǎn)生的等效噪聲電壓的有效值分別為和微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (

22、Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)（2 2半導(dǎo)體二極管的散彈噪聲半導(dǎo)體二極管的散彈噪聲shot noiseshot noise） 原因：少數(shù)載流子由發(fā)射極通過(guò)原因：少數(shù)載流子由發(fā)射極通過(guò)PNPN結(jié)注入基區(qū)時(shí)結(jié)注入基區(qū)時(shí), ,在單位時(shí)間內(nèi)在單位時(shí)間內(nèi)注入的載流子數(shù)不同速度不均勻）注入的載流子數(shù)不同速度不均勻）, ,是隨機(jī)起伏的。這種起伏是隨機(jī)起伏的。這種

23、起伏會(huì)影響到集電極電流的起伏會(huì)影響到集電極電流的起伏, ,由此引起的噪聲叫散彈噪聲。由此引起的噪聲叫散彈噪聲。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)（3 3半導(dǎo)體三極管的噪聲半導(dǎo)體三極管的噪聲 電阻的熱噪聲、散彈噪聲、接觸噪聲1/f）、爆裂噪聲 微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章

24、 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)1/f1/f噪聲是由兩種導(dǎo)體的接觸點(diǎn)電導(dǎo)的隨機(jī)漲落引起的，凡是有導(dǎo)噪聲是由兩種導(dǎo)體的接觸點(diǎn)電導(dǎo)的隨機(jī)漲落引起的，凡是有導(dǎo)體接觸不理想的器件都存在體接觸不理想的器件都存在1/f1/f噪聲，所以噪聲，所以1/f1/f噪聲又稱為接觸噪噪聲又稱為接觸噪聲。因?yàn)槠涔β首V密度正比于聲。因?yàn)槠涔β首V密度正比于1/f1/f，頻率越低噪聲越嚴(yán)重，所以又，頻率越低噪聲越嚴(yán)重，所以又稱為低頻噪聲

25、稱為低頻噪聲微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)爆裂噪聲是一種流過(guò)半導(dǎo)體爆裂噪聲是一種流過(guò)半導(dǎo)體PNPN結(jié)電流的突然變化。通常的爆裂噪結(jié)電流的突然變化。通常的爆裂噪聲電流只在兩種電流值之間切換，取決于半導(dǎo)體制作工藝和材料聲電流只在兩種電流值之間切換，取決于半導(dǎo)體制作工藝和材料中雜質(zhì)的情況，其出現(xiàn)的幾率可在每秒幾百個(gè)到幾分鐘一個(gè)

26、之間中雜質(zhì)的情況，其出現(xiàn)的幾率可在每秒幾百個(gè)到幾分鐘一個(gè)之間變化。它是電流型噪聲，在高阻電路中影響更大。變化。它是電流型噪聲，在高阻電路中影響更大。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)按溝道半導(dǎo)體材料的不同，結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來(lái)劃分，場(chǎng)效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強(qiáng)型。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型

27、場(chǎng)效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。而MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型；P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。見(jiàn)下圖。 （4 4） 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲 1.溝道熱噪聲 2.柵極感應(yīng)噪聲3.柵極散彈噪聲4.柵極感應(yīng)噪聲微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)2 2、低噪聲

28、前置放大技術(shù)、低噪聲前置放大技術(shù) 低噪聲前置放大器的等效噪聲模型低噪聲前置放大器的等效噪聲模型電壓源的功率譜密度分布電流源的功率譜密度分布en表示等效輸入噪聲電壓，in表示等效輸入噪聲電流微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放

29、大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)例： 設(shè)圖(a)所示差動(dòng)放大電路的等效噪聲帶寬為0.01-100 Hz, 使用的運(yùn)算放大器型號(hào)為A741。求等效噪聲電壓源的電壓和電流。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大

30、和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù) 低噪聲前置放大器的設(shè)計(jì)低噪聲前置放大器的設(shè)計(jì) a) a)最佳信號(hào)源內(nèi)阻最佳信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源在理論分析中是按理想模型進(jìn)行分析的，忽略了內(nèi)阻的作用。但實(shí)際上它是存在的，在實(shí)際電路分析中不能忽略，電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路特點(diǎn)，合理選用適當(dāng)內(nèi)阻的信號(hào)源才能達(dá)到設(shè)計(jì)目的。信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)功率放大器的影響 在功率放大器中，信號(hào)源內(nèi)阻要和負(fù)載的阻抗匹配，才能使輸出功 率最大.信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)輸出信號(hào)的影響 當(dāng)信號(hào)源為電壓/流源時(shí)，輸出電壓/流的大小與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)， 當(dāng)考慮信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，輸出電壓/流變小。內(nèi)阻Rs越小，對(duì)輸出電壓 /流影響越小，輸出電壓/流就越穩(wěn)定。

31、微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)簡(jiǎn)單地說(shuō)，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點(diǎn)地說(shuō)，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體，而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體，則是一種電

32、阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡(jiǎn)稱容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是奧姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問(wèn)題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說(shuō)：阻抗是電阻與電抗在向量上的和 何為阻抗impedance matching）？微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲

33、前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)阻抗匹配的基本原理：阻抗匹配的基本原理： 1純電阻電路把一個(gè)電阻為R的用電器，接在一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電池 組上，在什么條件下電源輸出的功率最大呢？當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時(shí)，電源對(duì)外電路輸出的功率最大，這就是純電阻電路的功率匹配。假如換成交流電路，同樣也必須滿足R=r這個(gè)條件電路才能匹配。rRU2電抗電路略） 阻抗三角形法微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲

34、前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)阻抗匹配： 負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時(shí)在負(fù)載阻抗上可以得到無(wú)失真的電壓傳輸。負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。這時(shí)在負(fù)載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗均為純阻性，則兩種匹配條件是等同的。 是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。 對(duì)于不同特性的電路，匹配條件是

35、不一樣的。在純電阻電路中，當(dāng)負(fù)載電阻等于激勵(lì)源內(nèi)阻時(shí)，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。匹配條件：匹配條件：微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)公式：最佳源電阻：最佳源電阻： 分別為放大器的等效輸入電壓噪聲和等效輸入電流噪聲的平方根譜密度。最小噪聲系數(shù)：說(shuō)明：1低噪聲放大器應(yīng)該盡量選用 小的器件，使最小噪聲

36、系數(shù)較小2器件的 和噪聲系數(shù)都是頻率f的函數(shù)，因此各種低噪聲器件只是在一定的頻率范圍內(nèi)才能達(dá)到其最小噪聲系數(shù)。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)結(jié)論：結(jié)論：一件器材的輸出阻抗和所連接的負(fù)載阻抗之間所應(yīng)滿足的某種關(guān)系，以免接上負(fù)載后對(duì)器材本身的工作狀態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。對(duì)電子設(shè)備互連來(lái)說(shuō)，例如信號(hào)源連放大器，前級(jí)連后級(jí)，只要后一

37、級(jí)的輸入阻抗大于前一級(jí)的輸出阻抗5-10倍以上，就可認(rèn)為阻抗匹配良好；對(duì)于放大器連接音箱來(lái)說(shuō)，電子管機(jī)應(yīng)選用與其輸出端標(biāo)稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無(wú)此限制，可以接任何阻抗的音箱。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微波射頻器件分為無(wú)源和有源兩大類，區(qū)分兩者的標(biāo)準(zhǔn)是看該器件建立起的等效電路模型中是否含有電源電壓源或

38、者電流源），若器件等效電路模型中有電源，該器件被稱為有源器件。 有源器件是微波射頻器件中重要的一類，在微波技術(shù)中占有非常重要的地位。 有源器件的類型主要分為：電子管，晶體管，集成電路。電子管不論二極還是多極，它都有陽(yáng)極和陰極，陰極在外加電源的作用下，發(fā)射電子向陽(yáng)極流動(dòng)。外加電源可以直接加在陰極上，也可以加在另外的加熱燈絲上。就是因?yàn)檫@個(gè)外加電源的存在，而統(tǒng)稱為有源器件。 b)b)有源器件的選擇有源器件的選擇1.電子管電子管又名真空管，所以又稱為電真空器件。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大

39、和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)2.晶體管屬于半導(dǎo)體器件。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。如硅、鍺晶體都屬于半導(dǎo)體。所以用這些晶體材料做成的電子器件，稱為晶體管。它分晶體二極管和晶體三極管。 3.集成電路集成電路顧名思義是將有源器件和無(wú)源器件及連接線等集中制造在一個(gè)很小的硅片上，再經(jīng)引線和封裝，形成一個(gè)有預(yù)定功能的微型整體。(符號(hào)為IC)。集成電路的優(yōu)點(diǎn)是體積小、壽命長(zhǎng)、成本低、可靠性高性能好。當(dāng)前集成電路及大規(guī)模集成電路越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用。 微

40、弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)選擇方法：選擇方法： 低噪聲放大器應(yīng)該盡可能選用 小的器件,這樣才能使最小噪聲 系數(shù)Fmin較小。另外，由于 都是頻率f的函數(shù)，因此各種低噪 聲器件只是在一定的頻率范圍內(nèi)才能達(dá)到其最小噪聲系數(shù)； 根據(jù)信號(hào)源大小選用合適類型的器件，使器件的最佳源電阻等于負(fù) 載電阻，實(shí)現(xiàn)噪聲匹配下的最小噪聲系數(shù)。

41、微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)c)c)偏置電路與直流工作點(diǎn)的選擇偏置電路與直流工作點(diǎn)的選擇為了使放大電路正常地工作，把輸入信號(hào)不失真地加以放大，必須有一個(gè)合適而穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)為放大電路提供直流電流和直流電壓的電路.叫做直流(靜態(tài))偏置電路，簡(jiǎn)稱偏置電路。由于各種電子電路對(duì)偏置電路有不同的要求，所以在實(shí)際電路中加設(shè)的偏置

42、電路也有所不同。下面介紹幾種常見(jiàn)的偏置電路。 1.1.固定偏置電路固定偏置電路固定偏置電路如圖所示，它是共發(fā)射極放大電路。當(dāng)EC和RB一經(jīng)確定，就能得到一個(gè)固定的基極電流lB和集電極電流IC， 所以把這種電路叫做固定偏置電路。 微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)2. 2. 電壓負(fù)反饋偏置電路電壓負(fù)反饋偏置電路它和固定偏置電路

43、的不同之處，是將偏流電阻RB接在了三極管集電極上。 電流負(fù)反饋偏置電路如圖15-13 所示。它和固定偏置電路的不同之處是.在半導(dǎo)三極管的發(fā)射極上串接了一個(gè)電阻RE 。4. 4. 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路分壓式電流負(fù)反饋偏置電路3. 3. 電流負(fù)反饋偏置電路電流負(fù)反饋偏置電路電路中除三極管發(fā)射極上接有RE外，同時(shí)在基極上還接有RB1和RB2 ， 它們分別接在電源EC的兩端。微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術(shù)最小噪聲系數(shù)：直流工作點(diǎn)： 定義：所謂直流工作點(diǎn)就是輸入信號(hào)為零時(shí)定義：所謂直流工作點(diǎn)就是輸入信號(hào)為零時(shí), ,電路處于直流工作狀態(tài)電路處于直流工作狀態(tài), ,這些這些 直流電流直流電流, ,電壓的數(shù)值在三極管特性曲線上表示為一個(gè)確定的點(diǎn)。電壓的數(shù)值在三極管特性曲線上表示為一個(gè)確定的點(diǎn)。目的：保證在被放大的交流信號(hào)加入電路時(shí)目的：保證在被放大的交流信號(hào)加入電路時(shí), ,不論是正半周還是負(fù)半周都不論是正半周還是負(fù)半周都 能滿足發(fā)射結(jié)正向偏置能滿足發(fā)射結(jié)正向