第四章 电子噪声与高频小信号放大器

特点：无源四端网络的噪声系数等于它的衰减系数。
3、级联四端网络的噪声系数
kTB
NF1，Kpm1
N1
NF2，Kpm2
NO
NO NF = K pm kTB
N O = K pm1 K pm 2 kTB + K pm 2 N a1 + N a 2
NF2 1 NF = NF1 + K pm1
多级级联网络的噪声系数为： 说明：当功率 增益很大时， 总噪声系数取 决于第一级的 噪声系数，故 一般希望输入 级噪声系数小， 增益高。
实际工作频率应等于最高工作频率的1/3~1/4。
4.2.2 单调谐回路谐振放大器电路
一、电路和工作原理 1、采用分压式稳定偏置 电路； 2、T工作在甲类放大状 态； 3、输出端采用并联谐振 电路，起选频作用，T的 集电极采用部分接入， 以提高谐振回路的有载Q 值； 4、信号输入与输出为实 现阻抗匹配、满足最大 功率传输均采用变压器 耦合。
NF2 1 NF3 1 NF = NF1 + + + K pm1 K pm1 K pm 2
4、噪声系数和灵敏度
灵敏度定义：保持接受机输出信号比一定时，接收 机输入的最小信号电压或功率。 =
F
S
N
i
/ N
i
S = NFiO/ NS × N
O O
O
S
×N
i
4.2 高频小信号放大器概述
本章重点讨论晶体管窄带单级谐振放大器
三、对高频小信号放大器的要求：
1、增益要高：
2、通频带： B =
VO AV = Vi
2f 0.7
3、选择性要好：K 0.1
4、稳定性要好： 放大器的工作点、晶体管参数、电路元件参数变化 时放大器性能指标的稳定程度。 5、噪声系数： 噪声系数越小越好，要求接近于1。
四、噪声系数的计算 NO Ni KP + Nn Nn NF = = = 1+ Ni KP Ni KP Ni KP
1、额定功率法 Nn N om NF = 1+ = 1+ Ni K P K Pm kTB
2、无源四端网络的噪声系数
RS E2
S
~
Kpm
RL
N om kTB 1 NF = = = =L Ni K P K pmkTB K pm
散粒噪声的均方电流谱密度为：
SI（f）=2qI0 q=1.6×10-19C , I0为结的平均电流
晶体管的散粒噪声一般大于其电阻热噪声。
2）分配噪声—由于晶体管各极的电流分配比起伏变 化产生的噪声
3）闪烁噪声—由于材料表面清洁处理不好引起的噪声
SI（f） 1 f
在低频时起主要作用
三、噪声系数和噪声温度 1、噪声系数的定义
2 0

Bn =


H2(jw)
0
| H ( jw ) |2 df H
2 0
H20
单振荡回路的噪声带宽为：
pf0 p = Bn = B0 .7 2Q 2
多级单振荡回路级联时，Bn接近于B 0.7
Bn
临界耦合的双调谐回路噪声带宽为： B
n=1.11B0.7
2、晶体三极管的噪声
1）散粒噪声—载流子随机起伏流动产生的噪声 散粒噪声也是白噪声，主要由发射结产生

T
0
2 un dt = 4 kTBR
电阻R两端的噪声电流均方值为：
2
= lim 1 T T
T
0
i dt = 4 kTBG
2 n
电阻的热噪声等效电路为： R R
~ U = 4kTBR
2 n
G
— I 2 = 4kTBG n
功率谱密度为： Su = 4 kTR （V2/Hz） 均方电压谱密度(功率谱密度） S I = 4 kTG （A2/Hz） 均方电流谱密度
· · = y feU be + y Oe U ce IC ·
· Ib y ie = · · Vbe Vce = 0 · = Ib y re · · V ce Vbe= 0
· IC 输出短路时 y fe = · 输出短路时的 · Vce Vce = 0 正向传输导纳 的输入导纳
· IC 输入短路时的 = · · 输入短路时 y 反向传输导纳 oe V ce Vbe = 0 的输出导纳
4.1 电子噪声 一、概述 干扰：外部干扰，天电、宇宙、大地干扰；工业、无线电台的干扰 噪声：内部噪声，热噪声、散粒噪声、闪烁噪声；交流哼声 二、电子噪声的来源与特性 1、电阻热噪声（由自由电子的热运动产生的起伏电压） 1）电阻热噪声电压和功率谱密度
电阻R两端的噪声电压均方值为：
Un In
2
1 = lim T T
Po
g ie n1 n2 y fe g
Pi
= （
n1n2 y fe g
2
gL ） g ie
2
Po = U o g L = （
2
= Auo
gL g ie
若谐振回路理想、无损 耗，则go=0，当输出端匹配 时n12goe=n22gL，输出功率最 大，功率增益最大，记为 APomax：
a、失配损耗：如果负载失配导 致输出功率减小引起的功率损 耗。此时，
g be + jwCbe y ie = (1 + rbb g be ) + jwCberbb g bc + jwCbc y re = (1 + rbb g be ) + jwCberbb gm y fe = (1 + rbb g be ) + jwCberbb g bc + jwCbc y oe = g ce + jwCbc + rbb g m (1 + rbb g be ) + jwCberbb
2 2 g = n1 goe + n2 g L + g0 ( g0为LC回路的损耗)
2、分析计算
（1）电压增益（电压放大倍数）
Uo = I Z = n1 y feU i g (1 + j ) n1 n2 y feU i g (1 + j )
+ n1yfeUi g C L Uo′ _
3 2
4 CL gL
+ Uo
yfeUi C Coe goe L 1
ie
_
5
Y参数等效电路
n1yfeUi + g C L Uo′ _
N 45 N 12 设：n1 = ，n2 = N 13 N 13
2 2 C = n1 C oe + n2 C L + C C
则下图中：
将1－2和4－5分别折算到 1－3端后的等效电路
4.2.1 晶体管的高频小信号等效电路与参数
一、晶体管的混合p参数等效电路 二、晶体管的y参数等效电路
三、晶体管混合p参数与y参数的转换
四、晶体管的高频参数
一、晶体管的混合p参数等效电路
c
b e rbb´ ：基区体电阻
b
rbb´ b´
Cb´e
r b´ c c rb´e Cb´c gmvb´e e rce
U o = n2U o =
将1－2和4－5分别折算到 1－3端后的等效电路
当输出回路谐振时， ξ =0，即为纯电导。因此，谐振时电压 n1 n2 y fe U0 增益Auo为：
Auo =
（2）功率增益（谐振时功率放大倍数）
定义：APo＝ Pi = U i
2
Ui
=
g
Po
Pi
，其中
APo＝
2 U i ）g L
I b = y ie U be + y re U ce
·
e Ib
.
-
· · = y feU be + y Oe U ce IC
+ . Vbe
-
b
c
IC
.
yie
. . yreVce yfeVbe yoe e
+ . Vce
-
晶体管的y参数等效电路
· · = y ie U be + y re U ce Ib ·
2个电阻并联时：
2 2 = In1 + In2 = 4kTB G1 + G2） I （ 2 n
说明：处于相同温度的电阻所构成的网络，不论串、 并联，总的均方值噪声电压等于网络总电阻所产生 的噪声电压。
U = 4 kTB Re
2 n
b、热噪声通过线性网络
U2i Sui U2O |H(jw)|2 S uO
APo
Qe 2 4P = APo max (1 ) 2 (1 + P ) Q
（3）选择性和通频带 选择性S：任意频率时的放大倍数与谐振时放大倍数之比定义 为放大器的选择性。 Au 1 1 S= = Au 2 Au o 2 f 2 1+ Au0 1 + (Qe ) f0 1
S = 0.707时 ，BW0.7 =
分别对应单位频带内的噪声电压均方值和噪声电流均方值。
电阻热噪声具有极宽的频谱，从0到1013Hz，而且各个频率 分量的强度是相等的，所以可以认为是一种白噪声。
2）线性电路中的热噪声 a、多个电阻的热噪声（假设任何两个噪声源是相互独立的）
2个电阻串联时：
2 2 = Un1 + Un2 = 4 kTB R1 + R2） U （ 2 n
表示信号通过放大器后，信噪比变坏的程度。 输入端的信噪比 （S / N） Si / Ni i = = NF = （S / N） SO / NO 输出端的信噪比 O
= N（dB） 10 lg NF F