LC諧振放大器的噪聲帶寬

#有可能產(chǎn)生爆裂噪聲。從設(shè)計(jì)和調(diào)試的角度出發(fā)，人們更關(guān)心的是整體電路的噪聲特性，而不是各個(gè)獨(dú)立的噪聲源的噪聲特性。這就需要定義一些整體電路的噪聲特性指標(biāo)，以便衡量電路噪聲的優(yōu)劣，進(jìn)行不同電路的性能對(duì)比，并利用這些指標(biāo)對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。2噪聲系數(shù)和噪聲因數(shù)2.1噪聲系數(shù)(noisefactor)雙極型晶體管、場效應(yīng)管、集成運(yùn)算放大器都有其固有的內(nèi)部噪聲源。當(dāng)衡量一個(gè)有源器件的噪聲特性時(shí)，人們更關(guān)注信號(hào)唄放大和傳遞過程中信噪比的變化情況。為此引入噪聲系數(shù)F這一重要指標(biāo)，以衡量有源器件的噪聲特性的優(yōu)劣。對(duì)于圖1所示的線性二端口網(wǎng)絡(luò)e為信號(hào)源電壓，R為信號(hào)源輸ss出電阻,R為放大器負(fù)載電阻。放大器的輸入噪聲只有R產(chǎn)生熱噪聲。Ls噪聲系數(shù)F為輸出總噪聲功率放大器無噪聲時(shí)的輸出噪聲功率輸出總噪聲功率放大器無噪聲時(shí)的輸出噪聲功率(2—1)圖1公式中，“放大器無噪聲時(shí)的輸出噪聲功率”指的是僅由輸入噪聲經(jīng)放大器引起的輸出噪聲功率。噪聲系數(shù)F表征放大器在放大信號(hào)的同時(shí)，又使得輸出噪聲增加的程度，F(xiàn)越大，說明放大器內(nèi)部噪聲源在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率占輸出總噪聲功率的比重越大。噪聲系數(shù)F表征二端口網(wǎng)絡(luò)對(duì)信噪比的影響的情況。對(duì)于一個(gè)無噪聲的理想放大器,F=1,；而對(duì)于具有內(nèi)部噪聲源的實(shí)際放大器，〉1。F越大，說明放大器內(nèi)部噪聲越嚴(yán)重，放大器導(dǎo)致的信噪比惡化程度就越嚴(yán)重。噪聲系數(shù)歲放大器的偏置電流、工作頻率、溫度及信號(hào)源輸出電阻變化而變化。在談及一個(gè)放大器的噪聲系數(shù)是多少時(shí)，必須說明上述工作條件。此外，噪聲系數(shù)也只適用于線性電路，對(duì)于非線性電路，即使電路內(nèi)部沒有任何噪聲源，起輸出端的信噪比也與輸入端不同，噪聲系數(shù)的概念也不再適用。2.2噪聲因數(shù)(noisefigure)噪聲系數(shù)F常用dB表示為噪聲因數(shù)NFNF=10lgF(dB)(2-2)噪聲因數(shù)NF表征在原來不可避免的信號(hào)源噪聲之上由放大器增加的噪聲功率多少。利用噪聲因數(shù)NF的對(duì)數(shù)特性，可以把噪聲系數(shù)F的相乘運(yùn)算化解為想家運(yùn)算。低噪聲放大器的噪聲因數(shù)小，對(duì)于自身不產(chǎn)生任何噪聲的理想運(yùn)算放大器，其噪聲因數(shù)為0dB。噪聲因數(shù)越大,說明放大器的噪聲性越差。低噪聲設(shè)計(jì)的目的就是使放大器的NF值盡量地小。3放大器的噪聲模型任何一個(gè)放大器內(nèi)部都有許多噪聲源(包括電阻、晶體管等)，為了使問題簡化，在放大器的噪聲分析、噪聲指標(biāo)計(jì)算及低噪聲電子設(shè)計(jì)中，一般都是把所有內(nèi)部噪聲源都折合到放大器輸入端，用輸入端的等效噪聲源來表示，利用等效噪聲源進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)會(huì)帶來很多方便。根據(jù)線性電路理論，任何網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電源都可以等效到網(wǎng)絡(luò)的輸入端，對(duì)于噪聲源也可以這樣做。圖2(a)表示的是實(shí)際二端口網(wǎng)絡(luò),將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有噪聲源等效為網(wǎng)絡(luò)輸入端的一個(gè)電壓源e和一個(gè)n電流源i，如圖2(b)所示。nO實(shí)際二端口網(wǎng)絡(luò)oiff一端口網(wǎng)絡(luò)0(a)二端口網(wǎng)絡(luò)(b)(a)二端口網(wǎng)絡(luò)圖2二端口網(wǎng)絡(luò)及其等效噪聲模型4.放大器的噪聲特性4.1放大器的等效輸入噪聲與信號(hào)源電阻關(guān)系前置放大器經(jīng)常使用圖3(1)所示的組態(tài)，圖中的e是被測信號(hào)s電壓，R是信號(hào)源的輸出電阻。把電阻和放大器用其噪聲模型代替，S可得圖3(2)所是的等效噪聲電路，電阻R的熱噪聲表示為噪聲電s壓源e，e和i分別為放大器等效到輸入端的噪聲電壓和噪聲電流。Rtnno有噪聲放大器NO1^0乩I瓦^=W-r放大器(a)實(shí)際電路(b壓源e，e和i分別為放大器等效到輸入端的噪聲電壓和噪聲電流。Rtnno有噪聲放大器NO1^0乩I瓦^=W-r放大器(a)實(shí)際電路(b)等效噪聲電路圖3放大器連接到信號(hào)源輸入電路的總噪聲功率:E2=V2+E2+12R2=4KTRAf+E2+12R2nitnnssnns等效輸入噪聲功率與信號(hào)源內(nèi)阻R的關(guān)系S(4—1)E2=V2+E2+12R2=4K7Rf+E2+12R2nitnnssnns式中的T為絕對(duì)溫度，Af為電路的帶寬。(4—2)對(duì)于內(nèi)部噪聲較嚴(yán)重的普通放大器，E和I數(shù)值較大。nn當(dāng)R阻值s較小時(shí)，輸入總噪聲E由E主導(dǎo)；當(dāng)R阻值較大時(shí)，輸入總噪聲Eninsni由IR主導(dǎo)。E和I互相交疊淹沒了信號(hào)源電阻的熱噪聲，這種情況nsnn如圖4(a)所示。對(duì)于低噪聲放大器，E和IR數(shù)值較小，在R的中等數(shù)值范圍，TOC\o"1-5"\h\znnss輸入總噪聲E的主導(dǎo)成分是信號(hào)源電阻R的熱噪聲E，只有在R很nists小時(shí)，輸入總噪聲由E主導(dǎo)；在R很大時(shí)，輸入總噪聲由IR主導(dǎo),nsns如圖4(b)所示。V1Vr+V1Vr+Qird"VQ￡十.Jf十.(a)高噪聲放人器①)低噪聲放大器圖4等效輸入噪聲電壓均方值及其分量對(duì)信號(hào)源電阻R的關(guān)系s4.2最佳源電阻及噪聲匹配利用圖3(b)的噪聲模型，噪聲系數(shù)F可以根據(jù)放大器輸入等效早生情況來計(jì)算。(4—3)PE24KTRAf+E2+12R2E2+12R2(4—3)TOC\o"1-5"\h\zno—=——ni=snn4=1+——nns-PKP4KTRAf4KTRAfnipniss式中，P為放大器總的輸出噪聲功率；P為信號(hào)源電阻熱噪聲noni功率；K為放大器的功率放大倍數(shù)。或?qū)⒃肼曄禂?shù)表示為等效噪聲源p平方根譜密度的形式，即(4—4)F二1+氣+.R2(4—4)4KTRs式(4-3)中只有當(dāng)R為最佳源電阻R時(shí)，噪聲系數(shù)F才能達(dá)到最小sso值F，這種情況成為噪聲匹配。min

為了尋求最佳電阻R，將式（4-3）對(duì)R求導(dǎo)，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,得噪聲系數(shù)最小值Fsosmin(4-6)EI(4-6)N_N-2KTAf表示為等效噪聲源平方根譜密度的形式-N(4-7)SOI-N(4-7)SOIR為最佳源電阻。so5.LC諧振放大器的噪聲帶寬諧振放大器是電視機(jī)、通信接收裝置中常用的高頻信號(hào)放大電路,通常LC回路構(gòu)成，如圖5所示。f為回路的諧振頻率，3dB帶寬已0知為Af07=f0/Q,其中Q為LC回路的品質(zhì)因數(shù)。(b)等效電路

圖5LC諧振放大器(4—8)LC諧振放大器的噪聲帶寬為(4—8)恃n=|恃0.7兀由此可見，4fn>Af0.7,當(dāng)n級(jí)數(shù)增加時(shí)，Afn--4f0.7。參考文獻(xiàn)戴逸松?微弱信號(hào)檢測方法及儀器[M].