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 器噪聲的計算器噪聲的計算 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 器輸出噪聲的計算器輸出噪聲的計算 三、場效應(yīng)管前置放大器的噪聲三、場效應(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、前置放大器的類型五、前置放大器的類型 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)噪聲總是與信號相對存在 表示方法：

2、SNR，NF 3）前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3 2、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) 對于平穩(wěn)隨機(jī)噪聲對于平穩(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) 稱為隨機(jī)過程的概率密度函數(shù)，稱為隨機(jī)過程的概率密度函數(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 dx x P xXxdxf x dx ( )()( ) x F xP Xxf x dx , ( )( )( ) zxy ZXYfzfxfy 北京郵電大學(xué)顧畹儀4 3、隨機(jī)過程的數(shù)字特征、隨機(jī)過

3、程的數(shù)字特征 1）數(shù)學(xué)期望（均值）數(shù)學(xué)期望（均值） 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 t 2 22 ( )( ) ( ) D xE xE x E xE x ( )( )xD x 北京郵電大學(xué)顧畹儀5 4、平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度、平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度 dFdttx dttxF x x 2 2 ti - )( 2 1 )( e)()( dF T dttx T x T T T T 2 2 )( 2 1 lim 2 1 )( 2 1 lim Parseval 等式等式 2 2 )( 2 1 lim)( 2 )( 2 1 lim x T x x

4、T F T S d F T 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 器噪聲的計算器噪聲的計算 放大器噪聲的特點：放大器噪聲的特點： v服從高斯分布服從高斯分布 v對高斯分布，若對高斯分布，若 依然是高斯依然是高斯 分布，分布，且且 , ( ) z ZXYfz 2 2 1() ( )exp 22 xm f x 222 zxy 北京郵電大學(xué)顧畹儀7 1、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8 2、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

5、穩(wěn)隨機(jī)過程是平穩(wěn)隨機(jī)過程 輸入端是白噪聲輸入端是白噪聲 從各個噪聲源的功率譜密度從各個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 2 23 2 1.3810/ b b d e kKR df kJK 2 2 b b d ikK dfR 北京郵電大學(xué)顧畹儀9 3、放大 器輸出噪聲的計算 1）思路）思路 放大器是線性系統(tǒng)放大器是線性系統(tǒng) 對串聯(lián)電壓噪聲源，先轉(zhuǎn)換對串聯(lián)電壓噪聲源，先轉(zhuǎn)換 成電流源成電流源. 輸入導(dǎo)納輸

6、入導(dǎo)納: 對對SE，乘以乘以 按高斯分布對噪聲功率求和按高斯分布對噪聲功率求和 1 j t t C R 22 2 1 () , t t tbatdsa C R RRRCCCC 2 ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( ) T T viT v ti tZt VIZ SSZ 北京郵電大學(xué)顧畹儀10 2）輸出噪聲功率）輸出噪聲功率 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??；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 ( 2

7、2 2 2 2 2 d C R ZS d ZS R kK V t t TE TI b na 北京郵電大學(xué)顧畹儀11 三、場效應(yīng)管前置放大器的噪聲三、場效應(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12 2、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)，對為數(shù)值系數(shù)，對Si FET, =0.7; 對對GaAs FET, =1.1。 等效到輸入端，等效到輸入端， m E g kK S 2 2 2 out m d i kKg df 2 19 00 , 1.

8、6 10 a Igate di Se IeC df 北京郵電大學(xué)顧畹儀13 m t na T t m T b m gate b na g C v dZ C g kK d Z Rg kK Ie R kK v 2 2 2 2 2 2 2 0 2 )( 2 2 2 )( 122 3 、輸出端總噪聲、輸出端總噪聲 gm /Ct2 是場效應(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 e e I mv rr )(26 )1 ()1 ( 北京郵電大學(xué)顧畹儀15 2、輸入端噪聲源、輸入端噪聲源 1）散粒噪聲 2）基極

9、電阻的熱噪聲 bb a kKr df ed 2 1 2 b a Ie df id 0 2 北京郵電大學(xué)顧畹儀16 3）分配噪聲）分配噪聲 4） 1/ f 噪聲噪聲 kK Ie g Ie Kk g Ie df ed Ie df id c m c m ca c c 0 0 22 2 0 2 2 0 2 北京郵電大學(xué)顧畹儀17 3、輸出噪聲功率 2 )() 2 ( 2 0 2 d ZIe R kK v Tb b na Rt = Rb | Ra, ct = cd + cs + ca 存在最佳集電極電流Ic 2 ) 1 ()( 2 )( 1 )(2 2 2 2 2 0 22 22 2 2 d C R Z Ie Kk d CC R ZkKr t t T c sd b Tbb 北京郵電大學(xué)顧畹儀18 五、前置放大器的類型五、前置放大器的類型 1、高阻型 2、低阻型 3、跨阻型(互阻型) tW i CB R 2 1 ti H CR f 2 1 北京郵電大學(xué)顧畹儀19 iabft RRRRR)( A R RR A R R