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文檔簡介

1、 高 頻 放 大 fs fs 本地振蕩 fo 混 頻 fo fs = fi fi 低 頻 放 大 檢 波 中 頻 放 大 F F 低 頻 功 放 F 2.1 2.1 高頻小信號放大器概述高頻小信號放大器概述2.2 2.2 晶體管高頻小信號等效電路與參數晶體管高頻小信號等效電路與參數2.3 2.3 單調諧回路諧振放大器單調諧回路諧振放大器2.4 2.4 小信號諧振放大器的穩(wěn)定性小信號諧振放大器的穩(wěn)定性* *2.5 2.5 雙柵場效應管高頻放大器雙柵場效應管高頻放大器2.6 2.6 集成電路諧振放大器集成電路諧振放大器2.7 2.7 放大電路的噪聲放大電路的噪聲 思考題、習題思考題、習題 高 頻

2、放 大 fs fs 本地振蕩 fo 混 頻 fo fs = fi fi 低 頻 放 大 檢 波 中 頻 放 大 F F 低 頻 功 放 F 頻率較高:中心頻率一般在幾百頻率較高:中心頻率一般在幾百kHzkHz到幾百到幾百MHzMHz, 頻寬在幾頻寬在幾khzkhz到幾十到幾十MHzMHz。 小信號:小信號: 晶體管或場效應管工作在線性范圍晶體管或場效應管工作在線性范圍( (甲類甲類) )內內,可將可將晶體管或場效應管看作線性元件,可用有源四端網絡來晶體管或場效應管看作線性元件,可用有源四端網絡來分析。分析。 按所用的材料:晶體管按所用的材料:晶體管(BJT)(BJT)、場效應管、場效應管( F

3、ET)( FET)、集電電路、集電電路(IC)(IC) 按頻譜寬度:按頻譜寬度: 窄帶放大器和寬帶放大器窄帶放大器和寬帶放大器 按電路形式:按電路形式: 單級放大器和多級放大器單級放大器和多級放大器 按負載性質:按負載性質: 諧振放大器和非諧振放大器諧振放大器和非諧振放大器諧振放大器諧振放大器: 是采用諧振回路作負載的放大器,具有放大、濾波和選頻作用。是采用諧振回路作負載的放大器,具有放大、濾波和選頻作用。非諧振放大器非諧振放大器: 由阻容放大器和各種濾波器組成,其機構簡單,便于集成。由阻容放大器和各種濾波器組成,其機構簡單,便于集成。2.1 2.1 概述概述 iuUUAo i0PPPA i0

4、log20UUAu ioplog10PPA 1 1)增益(放大系數)增益(放大系數) 分貝表示:分貝表示: 電壓增益:電壓增益: 功率增益:功率增益:22 2)通頻帶:電壓增益下降到最大值的)通頻帶:電壓增益下降到最大值的 0.70.7(即(即1/ )1/ )倍時,所對倍時,所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶,用應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶,用B=2f 0.7 表示。表示。2 2 f f0.70.7也稱也稱為為3 3分貝帶寬。分貝帶寬。0UUAA21-1021 10.50f0PPAA-1021 13 3)選擇性)選擇性 7 .01 .0122ffKro 7 . 001. 0r0.0122ff

5、K f AU/AUo 2 f0.1 2 f0.7 理理想想 0.1 0.7 1 K K nunAdA0 f AU f0 A AUn fn 抑制比(抑制比(dn): (表示對某個干擾信號fn 的抑制能力) 2 f 0.1、2 f 0.01分別為放大倍數下降至分別為放大倍數下降至0.1和和0.01處的處的帶寬帶寬Kr愈接近愈接近1越好。越好。 矩形系數矩形系數 Kr (為了表示實際曲線接近理想通帶曲線的程度)4 4)工作穩(wěn)定性:)工作穩(wěn)定性: 指在電源電壓或器件參數變化時以上各參數的穩(wěn)定指在電源電壓或器件參數變化時以上各參數的穩(wěn)定程度程度5)噪聲系數:)噪聲系數: 表示放大器的噪聲性能。表示放大器

6、的噪聲性能。 NF 越接近越接近1越好越好)(/)(/nosonisiF輸輸出出信信號號噪噪比比輸輸入入信信號號噪噪比比PPPPN 以上這些參數,相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增以上這些參數,相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾,通頻帶和選擇性是一對矛盾。益和穩(wěn)定性是一對矛盾,通頻帶和選擇性是一對矛盾。故應根據需要決定主次,進行分析和討論故應根據需要決定主次,進行分析和討論為為自自變變量量和和輸輸出出電電壓壓設設輸輸入入電電壓壓cbUU一、一、y 形式等效電路(網絡參數等效電路)形式等效電路(網絡參數等效電路)1U + yi yr yo + 1I 2I 2U 2U yf 1U 晶晶體體

7、管管 Y 參參數數等等效效電電路路 輸輸出出短短路路時時輸輸入入導導納納0112 UiUIy納納輸輸入入短短路路時時反反向向傳傳輸輸導導0211 UrUIy納納輸輸出出短短路路時時正正向向傳傳輸輸導導0122 UfUIy輸輸入入短短路路時時的的輸輸出出導導納納0221 UoUIyU2U1I1I2212211UyUyIUyUyIofri電路方程電路方程: 特點特點 晶體管晶體管y y參數是晶體管本身的參數參數是晶體管本身的參數, ,僅與晶體管特性有關僅與晶體管特性有關, ,與外電路無關。與外電路無關。 晶體管輸入、輸出的大小和相角都與頻率有關,晶體管輸入、輸出的大小和相角都與頻率有關,y y參數

8、是頻率的函數。參數是頻率的函數。 為為自自變變量量和和輸輸出出電電壓壓設設輸輸入入電電壓壓cbIIbU + yie yre yfe yoe + bI cI cU cU bU 圖圖 晶晶體體管管共共集集電電路路 Y 參參數數等等效效 e 不同組態(tài)晶體管電路,常用下標來提示說明。不同組態(tài)晶體管電路,常用下標來提示說明。U2U1I1I2U2U1I1I2U2U1I1I2ebU + yib yrb yob + eI cIcbUcbU yfb ebU 圖圖 晶晶體體管管共共基基電電路路 Y 參參數數等等效效 b 二、混合二、混合參數等效電路參數等效電路 (復習復習) 把晶體管內部的物理過程用集中元器件把晶

9、體管內部的物理過程用集中元器件RLC表示,而構成的等效電路就是所表示,而構成的等效電路就是所謂的謂的參數等效電路。參數等效電路。)(26)(0 ,mVmAcIebmgcmIVg 的的控控制制作作用用。對對表表明明稱稱跨跨導導be阻是集電結結電電cb;eb電容發(fā)射結是 C,cb結結電電容容是集電 C它會將輸出的部分電壓反饋到輸入端它會將輸出的部分電壓反饋到輸入端,可能引起自激可能引起自激.ebmug表示晶體管放大作用的等效電流源,表示晶體管放大作用的等效電流源,,bb區(qū)區(qū)電電阻阻是基 在共集電路中在共集電路中,將引起高頻反饋而降低晶體管的電流放大系數將引起高頻反饋而降低晶體管的電流放大系數,是是

10、發(fā)發(fā)射射結結電電阻阻eb ;I026ebe rbbrbeCbercegmUbeCbcrbcb*Y參數與混合參數與混合參數可互相轉換參數可互相轉換ebmrg 0低低頻頻時時等效電路如下圖等效電路如下圖 )(cbebebebbCCjgUI ebUgI mc且且)(2cbebebmbcCCfjggII 三、晶體管的高頻參數三、晶體管的高頻參數0 ceUbcII ,10 ffj 201 ff直流時:直流時:ebmgg 0 )(21cbebebCCrf 令令:fCCrjIIcbebebbc)(210 icberbbrbeCbeCbcrcegmUbecib20012 ff 由于由于0比比1大的多大的多,

11、,在頻率為在頻率為f時時,|雖然下降到原來的雖然下降到原來的0.707,但是但是仍然比仍然比1大的多大的多, ,因此晶體管還能因此晶體管還能起到放大的作用。起到放大的作用。1)截止頻率:截止頻率:。時的工工作作頻頻率率的的下下降降到到低低頻頻值值210 1120 ffT120 ffT2)特征頻率特征頻率-當頻率增高到當頻率增高到|下降為下降為1時的頻率。時的頻率。 fffTmax:頻頻率率參參數數的的關關系系 fmax表示晶體管所能夠適應的最高極限頻率。在此工作頻率時晶體管已經不能表示晶體管所能夠適應的最高極限頻率。在此工作頻率時晶體管已經不能得到功率放大,當得到功率放大,當f fmax時時,

12、 ,無論使用什么方法都不能使晶體管產生振蕩。無論使用什么方法都不能使晶體管產生振蕩。3)振蕩頻率振蕩頻率 fmax( (晶體管的功率增益晶體管的功率增益 時的工作頻率時的工作頻率) )1PG所所以以由由于于, 10ffT0為為截截止止頻頻率率 f201 ff例例1 1:已知高頻管已知高頻管3DG6B特征頻率為特征頻率為200MHz,050 試求:試求: (1) f 50MHz時的時的值;值; (2) 下降到下降到10時的頻率;時的頻率; 1)(20 ffMHz4MHz502000 Tff4M4M501502 MHz20 MHz4MHz502000 TffCC C4 R3 C3 R2 R1 C2

13、 p1R4 p2 a b L Vui uo + - R1、R2、R3為為偏置電阻,決定工作點,偏置電阻,決定工作點, C4、L 組成組成 LC諧振回路諧振回路小結:小結: 單調諧回路共發(fā)放大器是晶體管共發(fā)電路和單調諧并聯(lián)諧振回路的組合。單調諧回路共發(fā)放大器是晶體管共發(fā)電路和單調諧并聯(lián)諧振回路的組合。 并聯(lián)諧振回路的作用:并聯(lián)諧振回路的作用: 選頻、阻抗變換選頻、阻抗變換ui-+uo+-CC C4 R3 C3 R2 R1 C2 P1R4 P2 a b L Vuo ui + - +-RL 1)將實際電路轉化成交流等效電路)將實際電路轉化成交流等效電路 去偏置電阻與旁路電容去偏置電阻與旁路電容 去直

14、流電源與退耦電容去直流電源與退耦電容 去藕合元件去藕合元件ui-+uo+- P1 G0 P2 a b L SI Ys + yie1 yoe yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe YL oU 2)交流等效電路整理交流等效電路整理Y Y參數等效電路的抽頭變換參數等效電路的抽頭變換交流等效電路轉化成交流等效電路轉化成Y Y參數等效電路參數等效電路G0 a b L + yie1 p12yoe p22yie2 bI iU C iUpyfe YL oUp21 + G0abLUiYs+yie1p12yoep22yie2CYLUo+ifeUyp11 1)電壓增益)電壓增益

15、iuUUAo o201UpU )()1(G)(22C02121ioieieoeoefeuCjgpLCjCjgpyppUUA G0 a b L + yie1 p12yoe p22yie2 bI iU C iUypfe1 YL oUp21 + oeoeoeCjgy ieieieCjgy eoefeiuypBBjGypyppUUAi22LC02121o)( eoefeypBBjGypUypi22LC021i1)( YUypfei1 LjCpCpCjGgpgpyppAieoeieoefe 1222102222121u 22221022221;g ieoeieoeCpCpCCGgpgp 令令LjCjgy

16、ppfe 121 ,時時當當 LC1022221021210uieoefefegpgpGyppgyppA 。1 18 80 01 18 80 0fefefey 是是輸輸入入和和輸輸出出之之間間的的相相差差諧諧振振時時,也也有有一一個個相相角角而而, ,表表明明輸輸入入和和輸輸出出相相位位差差 - - * *成成反反比比。導導成成正正比比,和和回回路路的的總總電電與與此此時時,* *fegyAo ouLjCjgyppAfeu 121o o1801800 0相位差接近相位差接近和和,當頻率較低時,當頻率較低時,* *i io oUUfe 0o 2 2 是是工工作作頻頻率率的的函函數數u)A( (1

17、 1)1()1(102121u jAjgyppLjCjgyppAufefe將其歸一化:將其歸一化:00u0u21121111ffjQjQjAALL 可見:其頻率特性曲線與并聯(lián)回路相同可見:其頻率特性曲線與并聯(lián)回路相同放放大大器器的的通通頻頻帶帶)( (2 2根據通頻帶的定義:根據通頻帶的定義:2u0u1121AA LQff07 . 02 0uA7 .01 .00.1r 22kff 1 .02(1111201 .02u0u)ffQAAL 195. 91102227 . 01 . 0r0.1 ffk:故故矩矩形形系系數數 所以單調諧回路放大器的矩形系數遠大于所以單調諧回路放大器的矩形系數遠大于1,

18、故其鄰道選擇,故其鄰道選擇性差,這是單調諧回路放大器的缺點。性差,這是單調諧回路放大器的缺點。LQff00.72 矩形系數:矩形系數:0.10.1帶寬:帶寬:0.70.7帶寬:帶寬:0uALQff020.11102 則則FFLoerefejbgYyyyY F而而FieLoerefeieibiYyYyyyyUIY ibiUIY P1 G0 P2 a b L SI Ys + yie1 yoe yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe YL oU 21bbbIII creieiUyyU LoeifereieiYyUyyyU P1 G0 P2 a b L SI Ys +

19、 yie1 yoe yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe Y0 oU 21CCcIII ccUIY osierefeoeccYyyyyUIY oifeoecUyyU siecrefeoecYyUyyyU 若單級放大器的增益不能滿足要求,就可以采用多級級聯(lián)放大器。級聯(lián)后若單級放大器的增益不能滿足要求,就可以采用多級級聯(lián)放大器。級聯(lián)后的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)生變化。的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)生變化。mA、AAu2u1u級級,各各級級的的增增益益為為如如果果放放大大器器有有 m muA為為相相同同, ,如如果果各各級級放放大大器器的的增增益益

20、mLmmmumuffQAAAA 20020m211)(21 m級放大器的通頻帶級放大器的通頻帶mf)2(7 . 0LmQf0112 單級放大器的通頻帶寬于多極級聯(lián)后的放大器的增益單級放大器的通頻帶寬于多極級聯(lián)后的放大器的增益mLmmffQAA211200 mAAAA 21m總總增增益益為為 : :則則在題圖中在題圖中,放大器的工作頻率為放大器的工作頻率為 fo=10.7MHz,諧振回路電感,諧振回路電感L13=4H、Qo=100、N23=6、N13=20、N45=5,晶體管在直流工作點和晶體管在直流工作點和工作頻率工作頻率 fo=10.7MHz時參數為時參數為goe=200S,Coe=7PF,

21、 gie=2860S, Cie=18PF, |yfe|=45mS, fe=-54o, |yre|= 0.31mS, re=-75o 。在忽略在忽略 yre情況下,試求情況下,試求: (1)畫高頻等效電路畫高頻等效電路; (2)計算計算C、Au0、2f0.7、Kr0.1。 (3)計算兩級放大器的總電壓增益、通頻帶、矩形系數計算兩級放大器的總電壓增益、通頻帶、矩形系數 。 例題例題2圖圖 gs LS CS yie YF YS Yi FieiYyY+=)1(SSSSLCjgY FFLoerefejbgYyyyY F iLoefecUYyyU iLoefesiereiUYyyYyyU csiereiU

22、YyyU refeLoesieiiyyYyYyUUS)+)(+(= 討論:討論: S S越大,放大器越穩(wěn)定;越大,放大器越穩(wěn)定;S S越小越小, ,放大器越不穩(wěn)定;放大器越不穩(wěn)定;S S 接近接近1 1時時, ,電路工作不穩(wěn)定,電路工作不穩(wěn)定,S=1S=1時時, ,放大器產生自激。通常,放大器產生自激。通常, S S5 5時,認為放大器可穩(wěn)定工作時,認為放大器可穩(wěn)定工作. . 放大器工作狀態(tài)確定后,放大器工作狀態(tài)確定后,S S僅與放大器自身的參數有關。僅與放大器自身的參數有關。y yfefe、yrere小一些、輸入輸小一些、輸入輸出回路的導納大一些有利于電路穩(wěn)定出回路的導納大一些有利于電路穩(wěn)定

23、FieiYyY+= SI Ys + yie1 yoe + c bI iU cI cU cUyre iUyfe YL YL + iU YLS S 參數分析:參數分析:refeLoesieiiyyYyYyUUS)(yie+Ys)和和(yoe+YL)都可等效成都可等效成單并聯(lián)諧振回路,可用廣義失諧表示:單并聯(lián)諧振回路,可用廣義失諧表示:1211)( jsiesieeggYy2221)( jLoeLoeeggYy()()()()refejrefejLoeieseyyeggggS+22+1+=2121, 即即:自激時自激時, ,2;2referefetgarctg ()()()+cos(+1)+)(+(

24、2=+1+=refeLoeies2yyggggyytgggggSreferefeLoeies通常,輸入回路和輸出回路選頻特性相同通常,輸入回路和輸出回路選頻特性相同referefe 2; 0)(2 )cos(1)(2refereLoeies yyggggSfe又又)()(sieLoeYyppYy2122LoesiefeuYyYyyA )()(12sieLoeYyYypp )+(=120LoefeiccoiouYyyppUUUUUUA )cos(12refe0 refesuySyA0LoesiefeuggggyA 諧振時:諧振時: P1 G0 P2 a b L SI Ys + yie1 yoe

25、yie2 + + c bI iU cI cU C cUyre iUyfe YL oU 輸入回路和輸出回路導納關系:輸入回路和輸出回路導納關系:輸入回路和輸出回路導納關系:輸入回路和輸出回路導納關系: 由于由于yre存在,晶體管是雙向的器件,增強放大器的穩(wěn)定性可以存在,晶體管是雙向的器件,增強放大器的穩(wěn)定性可以考慮晶體管的單向化。考慮晶體管的單向化。單向化的方法有:單向化的方法有:中和法中和法 ; ;失配法失配法 外加一個電容抵消外加一個電容抵消正反饋電容的作用。正反饋電容的作用。ACbcCUcUNL1L2CNUiIrIF BG1 Yg yi yie YL 失失配配 BG2 復合管復合管 ref

26、eLoesieiiyyYyYyUUS)+)(+(= 輸入輸入 C3 0.047 F 3AG22 680 T1 R10 R6 5.1k R9 5.6k 2k R3 C4 0.047 F C5 0.047 F R7 150 R11 10k C6 0.047 F R12 2.7k C9 0.047 F 3AG22 T2 C7 560pF C8 56pF Tr1 3AG22 T3 R16 5.1k R13 1.5k R14 200 2k R15 C10 0.047 F 0.047 F C11 3AG22 T4 R17 5.1k R18 0.047 F C12 15V 輸出輸出 R19 10k R20

27、5. 1k C13 C14 560pF 560pF Tr2 15V 穩(wěn)壓穩(wěn)壓 8V 在題圖中在題圖中,放大器的工作頻率放大器的工作頻率fo=10.7MHz,諧振回路諧振回路L13=4H、Qo=100、N23=6、N13=20、N45=5,晶體管在直流工作點和工作頻率晶體管在直流工作點和工作頻率fo=10.7MHz時的參數為時的參數為goe=200S,Coe=7PF, gie=2860S, Cie=18PF, |yfe|=45mS, fe=-54o, |yre|= 0.31mS, re=-75o 。在考慮在考慮yre情況下情況下: (1)計算最大穩(wěn)定增益計算最大穩(wěn)定增益|Au0|s; (2) 判

28、斷并說明此放大器是否穩(wěn)定判斷并說明此放大器是否穩(wěn)定 。 )+cos(+12=refe0ySyArefesu;00時穩(wěn)定時穩(wěn)定suuAA 時時穩(wěn)穩(wěn)定定 5)+cos(+1)+)(+(2=refereLoeiesyyggggSfefegyppA210u=一、結型場效應管特性及電路:一、結型場效應管特性及電路:2.5 場效應管高頻放大器場效應管高頻放大器(自修)(自修) 場效應管具有輸入阻抗高、動態(tài)范圍大、噪聲小、場效應管具有輸入阻抗高、動態(tài)范圍大、噪聲小、線性好、抗幅射能力強等優(yōu)點線性好、抗幅射能力強等優(yōu)點二、雙柵場效應管特性及電路:二、雙柵場效應管特性及電路: 雙柵MOS管放大電路 一個管子中有

29、兩個控制柵極。漏極與第一柵極之間的反饋電容很小,一般均小于0.05pF。用此管于制做的放大器的工作穩(wěn)定性高。 下圖是彩色電視機高頻調諧器中具有自動增益控制作用的雙柵場效應管高頻放大器。從結構上來看可認為是共源共柵放大器的形式。輸入信號通過L1C1組成的單調諧輸入回路加到第一柵極g1,通過雙柵場效應管進行放大。漏極接的負載為互感耦合雙調諧回路,耦合度較強,頻率特性呈雙峰特性。第二柵極g2通過C5交流接地,整個管子構成共源共柵放大器。第二柵極g2還通過R3加入自動增益控制(AGC)電壓實現放大器的增益控制。集成電路諧振放大器集成電路諧振放大器一、集中選頻放大器組成:一、集中選頻放大器組成:(a)寬

30、寬 帶帶放大器放大器集集 中中濾波器濾波器(b)前前 置置放大器放大器集集 中中濾波器濾波器寬寬 帶帶放大器放大器二、線性寬帶集成電路二、線性寬帶集成電路 品種繁多,根據設計需要選擇。 1. 8FZ1 MC1490 2. ER4803 U2450 3. AD603 三、集中濾波器三、集中濾波器 LC集中選擇性濾波器、集中選擇性濾波器、聲表面波濾波器、聲表面波濾波器、 石英晶體濾波器石英晶體濾波器 四、放大電路舉例:四、放大電路舉例: 器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路。輸入信號器件的輸入和輸出各有一個單諧振回路。輸入信號V V1 1通過隔直流電容通過隔直流電容C C4 4加到輸入加到輸入端的引

31、腳端的引腳“1 1”,另一輸入端的引腳,另一輸入端的引腳“3 3”通過電容通過電容C C3 3交流接地,輸出端之一的引腳交流接地,輸出端之一的引腳“6 6”連接電源正端,并通過電容連接電源正端,并通過電容C C5 5交流接地,故電路是單端輸入、單端輸出。由交流接地,故電路是單端輸入、單端輸出。由L L3 3和和C C6 6構成構成去耦濾波器,減小輸出級信號通過供電電源對輸入級的寄生反饋。去耦濾波器,減小輸出級信號通過供電電源對輸入級的寄生反饋。1.1.由由MC1590構成的選頻放大器:構成的選頻放大器: 器件器件MC1590具有工作頻率高,不易自激的特點,并帶有自動增益控制的功能。其具有工作頻

32、率高,不易自激的特點,并帶有自動增益控制的功能。其內部結構為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。內部結構為一個雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路。 C2 L2 C2 Ui RL U0 C6 +12V L3 3 2 1 8 7 6 4 5 MC1590 C5 U(AGC) C3 C4 放大電路噪聲放大電路噪聲現實中的噪聲:現實中的噪聲:聽廣播時聽廣播時, , 常常會聽到常常會聽到“沙沙沙沙”聲;聲; 觀看電視觀看電視時時, , 常常會看到常常會看到“雪花雪花”似的背景或波紋線似的背景或波紋線, , 這些都是接收機這些都是接收機中的放大器和其它元器件存在噪聲的結果。中的放大器和其它元器件存在噪聲的

33、結果。噪聲的影響:噪聲的影響: 噪聲對有用信號的接收產生了干擾噪聲對有用信號的接收產生了干擾, , 特別是當有特別是當有用信號較弱時用信號較弱時, , 噪聲的影響就更為突出噪聲的影響就更為突出, , 嚴重時會使有用信號嚴重時會使有用信號淹沒在噪聲之中而無法接收。淹沒在噪聲之中而無法接收。 干擾與噪聲:干擾與噪聲: 干擾一般指電路外部無用信號,可分為:干擾一般指電路外部無用信號,可分為: 自然干擾自然干擾-有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等 人為干擾人為干擾-有工業(yè)干擾和無線電臺的干擾等。有工業(yè)干擾和無線電臺的干擾等。 噪聲一般指電路內部無用信號,也可分為:噪聲一般

34、指電路內部無用信號,也可分為: 自然噪聲自然噪聲-有熱噪聲、散粒噪聲和閃爍噪聲等。有熱噪聲、散粒噪聲和閃爍噪聲等。 人為人為噪聲噪聲-有交流亨聲、感應噪聲接觸不良噪聲等。有交流亨聲、感應噪聲接觸不良噪聲等。 *本小節(jié)主要討論自然噪聲本小節(jié)主要討論自然噪聲 放大電路噪聲放大電路噪聲 白白噪噪聲聲f 10131014 Hz 3.3.噪聲度量與表示噪聲度量與表示 - - 統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法 dttuTtunTTn)(1)(202lim單位電阻上的平均功率:單位電阻上的平均功率:1.1.熱噪聲產生熱噪聲產生-是電路內部的自由電子熱運動所產生。是電路內部的自由電子熱運動所產生。 放大電路內部噪聲主要來源于

35、電路內的放大電路內部噪聲主要來源于電路內的和和。2.2.熱噪聲特點熱噪聲特點-隨機無規(guī)則、長時平均值為零隨機無規(guī)則、長時平均值為零; 極寬的均勻頻譜。極寬的均勻頻譜。噪聲功率噪聲功率普密度普密度-熱運動理論和實踐證明,電阻熱噪聲功率普密度為熱運動理論和實踐證明,電阻熱噪聲功率普密度為kTRfS4)(nnfkTRdffStu4)()(02nnnfkTGRfkTRti44)(22dffSdttuTPnT)()(1020dffSdttuTPnT)()(1020 4. 4.電阻噪聲電路的計算:電阻噪聲電路的計算: R R un2 in2 g 并聯(lián)電阻的噪聲計算:并聯(lián)電阻的噪聲計算:R1 un12 R2

36、 un22 in12 g1 in12 g2 nnnnfRRkTtututu )(4)()()(2122212nnnnnfRRRRkTfggkTtititi )()(4)(4)()()(21212122212串聯(lián)電阻的噪聲計算:串聯(lián)電阻的噪聲計算:噪聲電阻的等效噪聲電阻的等效(如圖)晶體管和場效應晶體管的噪聲。1.1.晶體管的噪聲來源:晶體管的噪聲來源: 熱噪聲熱噪聲 晶體管中的電子不規(guī)則的熱運動產生的熱噪聲。這類由電子熱運動所產生的噪聲,主要存在于rbb內。發(fā)射極和集電極電阻的熱噪聲一般很小可以忽略。 散粒噪聲散粒噪聲: 少數裁流子少數裁流子經PN結注入基區(qū)時是隨機的量,即單位時間內注入的載流

37、子數單位時間內注入的載流子數目不同目不同,到達集電極的載流子數目也不同。由此引起的噪聲叫散粒噪聲。散粒噪聲具體表現為發(fā)射極電流以及集電極電流的起伏現象。 分配噪聲分配噪聲 晶體管發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的少子中,一部分經過基區(qū)到達集電極形成集電極電流,一部分在基區(qū)復合,載流子復合時,其數量時多時少(存在起伏)。分配噪聲就是集電極電流隨基區(qū)載流子復合數量的變化不同所引起的噪聲復合數量的變化不同所引起的噪聲。即由發(fā)射極發(fā)出的栽流子分配到基極和集電極的數量隨機變化而產生的噪聲。 閃爍噪聲閃爍噪聲 它主要在低頻范圍產生影響(它的噪聲頻譜與頻率 f 近似成反比)。它的產生原因目前尚有不同見解。Icn2Cbcrc

38、aIErbbUbbn2Ien2reeIEcb(二)放大器件噪聲(二)放大器件噪聲-晶體管和場效應晶體管的噪聲。 2. 2.場效應晶體管的噪聲來源:場效應晶體管的噪聲來源: 場效應管漏、源之間的溝道電阻會產生熱噪聲熱噪聲。與一般電阻器不同,溝道電阻由于受柵源電壓控制因而不是一個恒定電阻。這是場效應晶體管的主要噪聲。 場效應管也存在散爍噪聲散爍噪聲。 3. 3.減小噪聲的措施:減小噪聲的措施: 選用低噪聲的元器件低噪聲的元器件、正確選擇放大級的直流工作點直流工作點、選擇合適的工作合適的工作帶寬帶寬、選用合適放大電路放大電路、降低放大器的工作溫度工作溫度、減少接收天線的饋線損耗饋線損耗。 IGn2C

39、gdIDn2GDgmUgsYdsSCgs4.4.放大電路噪聲的表示與計算:放大電路噪聲的表示與計算: 設放大器輸入輸出端功率普如圖設放大器輸入輸出端功率普如圖: : )()()(2fSfAfSio 表明:表明:So( f )與橫軸所夾面積與橫軸所夾面積 =)(2tuno 放大器的噪聲表示在不同的場合可用不同的方法:放大器的噪聲表示在不同的場合可用不同的方法: 如如 等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬、噪聲系數噪聲系數、噪聲溫度噪聲溫度 等。等。 dffStuono)()(02 輸出噪聲電壓輸出噪聲電壓: : 按功率等效原則按功率等效原則( (面積相等面積相等),),定義一矩形。定義一矩形。 其高其高=

40、=S ( fo ), 其寬其寬=fn,則有,則有:noonoffSdffStu)()()(o02)()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon )()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon )()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon 等效噪等效噪聲帶寬聲帶寬fn討論討論:fn 取決于放大器自身參數取決于放大器自身參數Qffn02 例:單并聯(lián)回路的等效噪聲帶寬為:例:單并聯(lián)回路的等效噪聲帶寬為:ninono

41、ffAfSffStu)()()()(02o2 若遇具單若遇具單LC回路放大器,且回路放大器,且輸入均勻功輸入均勻功率普噪聲時率普噪聲時, 可用可用fn 來計算這一部分輸出來計算這一部分輸出噪聲。即:噪聲。即:fn與與2f0.7概念不同,但有一定關系。概念不同,但有一定關系。由圖可見,放大器輸出噪聲強度與其由圖可見,放大器輸出噪聲強度與其增益增益及及等效噪聲等效噪聲帶寬帶寬有關。有關。)()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiioon )()()()()()()()(o220o220o0fAdffAfAfSdffSfAfSdffSfiio

42、on nonoffStu)(=)(o200/nsnisiFPPPPN 1 1)定義:)定義:00/lg10)dB(nsnisiFPPPPN niPnoninossiFPAPPPPPN 0 nonononono1PPPPPPAPNniPnoF nononoPPP2 2)推理:)推理: 3 3)NF 討論討論: NF是描述放大器是描述放大器(二端口網絡二端口網絡)噪聲的物理量。噪聲的物理量。 噪聲系數永遠大于等于噪聲系數永遠大于等于1 1。 n no oPSR1PHA1FNn ni iP二端口網絡二端口網絡FniPnoNPAPniPHnonsnisiFPAPPPPPN00RSuns2Ri二端口網絡

43、二端口網絡PHnnoniPHnoFAfkTPPAPN SnsiSnsnsRtuRRtuP2)(=+)(=22 4 4)用額定功率和額定功率增益來表示用額定功率和額定功率增益來表示NF :FPHnFPHninoNAfkTNAPP iRR S,二二端端口口網網絡絡輸輸入入端端匹匹配配NF用額定功率表示時,用額定功率表示時,Pno是僅與二端口網絡自身相關的參數。是僅與二端口網絡自身相關的參數。 在非匹配情況下,該定義任成立。在非匹配情況下,該定義任成立。fkTRtuSn 4)(2sfkTRfkTRRtuPPSSSnsnsni=44=4)(=21=2電路內部噪聲電路內部噪聲FNPP noInoPHnF

44、PHnPHniAfkTNAfkTPAPPP )1(nononoPHnPHniAfkTAPP no 一級放大器噪聲計算:一級放大器噪聲計算:RSun2RiAPHNFKTfn 1noP已知:已知:APH 、NF、fn則:則: 可見:在已知可見:在已知APH 、NF、fn后,就可計算出后,就可計算出PnoIIniPHFPANPPP)1(=222no2no2no- no2no2no2PPP21121no2no)(PHFPHniPHANAPAPP 兩級放大器噪聲系數計算:兩級放大器噪聲系數計算:no2P no1PSR2PHA2FN1PHA1FN1211PHFFANN 已知:已知: APH1 、NF1、

45、APH2 、NF2、 fn n 級放大器噪聲系數:級放大器噪聲系數:)1(12111.11321 nPHPHFPHPHFPHFFFAANAANANNNn 由此式可知多級放大器總的噪聲系數主要取決于由此式可知多級放大器總的噪聲系數主要取決于,而和后面各級,而和后面各級的噪聲系數幾乎沒有關系。的噪聲系數幾乎沒有關系。niPHPHPHnFPHFPHniniPHPHniPHFPAAAfkTNANAPPAAPPPAPN 212221121no2no2no2)1()(niPHPHPHnFPHFPHniniPHPHniPHFPAAAfkTNANAPPAAPPPAPN 212221121no2no2no2)1

46、()(niPHPHPHniFPHFPHniniPHPHniPHFPAAAPNANAPPAAPPPAPN)1(+)(=+=212221121no2no2no2-TTAfkTAfkTPPNiPHnPHniF 111nono 因此,可將放大電路的內部噪聲看做是由信號源內阻因此,可將放大電路的內部噪聲看做是由信號源內阻RS 在溫在溫度為度為Ti時所產生的噪聲。即:在放大電路的輸入端,虛設一個噪時所產生的噪聲。即:在放大電路的輸入端,虛設一個噪聲源聲源上式中上式中T為室溫,可認為為室溫,可認為T290K。 上式常用來計算放大電路的噪聲系數與噪聲溫度之間的轉上式常用來計算放大電路的噪聲系數與噪聲溫度之間的

47、轉換。放大電路的噪聲系數較低時,用噪聲溫度來表征放大電路換。放大電路的噪聲系數較低時,用噪聲溫度來表征放大電路的噪聲性能是比較合適的。的噪聲性能是比較合適的。TTAfkTAfkTPPNiPHnPHniF 111nono三、無源二端口網絡噪聲系數:三、無源二端口網絡噪聲系數:PHniPHnoFAPAPN1 RLRSun2Ri二端口網絡APHR+jX noniPfkTPn輸入輸出端匹配輸入輸出端匹配 1.1.無源二端口網絡:無源二端口網絡: 無源二端口網絡廣泛應用于各種無線電設備中。例如接收機的輸入回路輸入回路、天線天線至接收機的傳輸線傳輸線以及LCR 濾波器等。2.2.無源二端口網絡的無源二端口網絡的 NF :21111321PHPHFPHFFFAANANNN 25. 18 . 01111 PHFAN5 . 4=13+17+12+25. 1=1+1+1+=2113210.2100.8-0.810-0.8-PHPHPHFPHPHFPHFFFAAANAANANNNGLGSisGLrCGLGSGLrCisins2in12in22in22222nsnoI4 GGfkTGGGiPLnsL222GnnoII4

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