10-第三章 (2)放大器及其电路的噪声
放大电路的频率响应和噪声
为新电路设计提供指导。
03
技术发展
随着电子技术的不断发展，对放大电路的性能要求也越来越高。理解频
率响应和噪声有助于推动相关技术的进步，促进电子工程领域的发展。
对未来研究的展望
新材料与新工艺
随着新材料和纳米技术的发展，未来研究可以探索如何将这些新技术 应用于放大电路中，以提高其频率响应和降低噪声。
系统集成
噪声的来源
01
02
03
04
热噪声
由于电子的热运动产生的随机 波动。
散粒噪声
由于电子的随机发射和吸收产 生的噪声。
闪烁噪声
由于半导体表面不平整或缺陷 引起的噪声。
爆米花噪声
由于材料的不完美性或晶体缺 陷引起的噪声。
噪声的分类
宽带噪声
在整个频率范围内具有均匀的 功率谱密度。
窄带噪声
在特定频率范围内具有较高的 功率谱密度。
抗干扰能力
放大电路的噪声也会影响通信系统的抗干扰能力。低噪声放 大电路有助于提高通信系统的抗干扰性能，确保信号传输的 稳定性。
在音频处理系统中的应用
音质
音频处理系统中，放大电路的频率响应和噪声对音质有重要影响。好的频率响 应能够保证音频信号的真实还原，而低噪声放大电路则有助于减少背景噪声， 提高音频清晰度。
宽频带型
在较宽的频率范围内具有较为平坦的放大倍 数。
频率响应的分析方法
解析法
通过电路理论中的传递函数和频率函数等概念， 推导放大电路的频率响应。
实验法
通过实际测量不同频率下的电压放大倍数，绘制 频率响应曲线。
计算机仿真法
利用电路仿真软件，模拟和分析放大电路在不同 频率下的性能表现。
03 放大电路的噪声
运算放大器的噪声分析
运算放大器的噪声分析07-06-04 10:37 发表于：《活石家园》分类：未分类问：有关运算放大器的噪声我应该知道些什么?答：首先，必须注意到运算放大器及其电路中元器件本身产生的噪声与外界干扰或无用信号并且在放大器的某一端产生的电压或电流噪声或其相关电路产生的噪声之间的区别。
干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声而且干扰源到处都存在：机械、靠近电源线、射频发送器与接收器、计算机及同一设备的内部电路(例如，数字电路或开关电源)。
认识干扰，防止干扰在你的电路附近出现，知道它是如何进来的并且如何消除它或者找到对干扰的方法是一个很大的题目。
如果所有的干扰都被消除，那么还存在与运算放大器及其阻性电路有关的随机噪声。
它构成运算放大器的控制分辨能力的终极限制。
我们下面的讨论就从这个题目开始。
问：好，那就请你讲一下有关运算放大器的随机噪声。
它是怎么产生的?答：在运算放大器的输出端出现的噪声用电压噪声来度量。
但是电压噪声源和电流噪声源都能产生噪声。
运算放大器所有内部噪声源通常都折合到输入端，即看作与理想的无噪声放大器的两个输入端相串联或并联不相关或独立的随机噪声发生器。
我们认为运算放大器噪声有三个基本来源：★一个噪声电压发生器(类似失调电压，通常表现为同相输入端串联)。
★两个噪声电流发生器(类似偏置电流，通过两个差分输入端排出电流)。
★电阻噪声发生器(如果运算放大器电路中存在任何电阻，它们也会产生噪声。
可把这种噪声看作来自电流源或电压源，不论哪种形式在给定电路中都很常见)。
运算放大器的电压噪声可低至3 nV/Hz。
电压噪声是通常比较强调的一项技术指标，但是在阻抗很高的情况下电流噪声常常是系统噪声性能的限制因素。
这种情况类似于失调，失调电压常常要对输出失调负责，但是偏置电流却有真正的责任。
双极型运算放大器的电压噪声比传统的FET运算放大器低，虽然有这个优点，但实际上电流噪声仍然比较大。
现在的FET运算放大器在保持低电流噪声的同时，又可达到双极型运算放大器的电压噪声水平。
运放的噪声特性和放大电路的噪声分析
也只规定 了 电压 噪声 的参 数 作 为电压性 噪声 的参数在数
２１年 第１ 期 ＜６ ００ １ 、 ◇
域．分别用下面的方法换算成有效值。然后再用两个有效
值的平方 和开平 方根 的方法 求 出总噪声 。
ｌＮ ＝ ． ／ Ｏ １ ２ 、 ９ｘ ０ ２ ￣ ｓ２ 、 ｌ５ ＝ ． ／９ １ ２ － ２
Ｅ￣ Ｇｎ・ ｏ ＝ Ｖｎ
五 、 目标 信 噪 比特 性 的噪 声 电平
表２ 相对 于基 准信 号 电平 １ｒ ｓ Ｖｍ 一般 的线 是 Ｖ ｍ 和２ ｒ ｓ（
路输出电平）在达到一定 的信噪比 （Ｎ ）时，信噪比与 ＳＲ
噪声 电压 有效值 之间 的对应关 系 由表 中的数值 可知 ．希 望得到 的信噪 比的数值 不同 ．要求 的输入 端噪声 电压有效 值 的数值 也完 全 不 同。例 如以２ ｒ ｓ Ｖｍ 的信 号为例 ．信 噪 比 为１０ Ｂ 的噪声 电压容许 值２ １ ｒｓ ０ｄ 时 ０ Ｖ ｍ 在Ｓ ＝ ２ｄ ￣样 ｘ ／ １０ Ｂ ｌ Ｎ ｉ 的超低噪 声特性 时噪声 电压 的容许 值为２ Ｖｍ １ ｒｓ ￣ 对 于一般 的音 频用运 算放 大器 来说 ．要 实现 １０ Ｂ ０ｄ 的
运放的噪声特性和放大电路的噪声分析
口张
运算 放 大 器集 成 电路 是 在模 拟 电路 中 ．包 括音 频 应
用 电路 在 内应 用最 为广 泛 、普及 度很 高的放 大器件 由于
达
据表 中有两种 表示方 法 ，一种 是噪声 频谱密 度 ．另一种 是 噪声 有效 值 表 １ 是集 成运 算放 大 器噪声 参数 的表 示方 法 的例 子 。在 该 表 中对 噪 声频 谱 密 度 和噪 声有 效 电压 都 同 时做 了规 定 。但 是对 于 一些 不针 对音 频应 用 的型号来 说 ． 有的并不 规定 噪声有效 值 只给出噪声 频谱密 度
2-2放大器的噪声系数
噪声系数概念仅适用于线性电路，对非线性电路无意义。
By TianGJ,YanshanUniv
2.2 放大器的噪声系数
噪声因数: 用db表示的噪声系数。
Rs
放大器
vs
RL
NF = 10 lg F
对数可以把乘法运算转化为加法运算,这给级联系统增益的计 算带来方便。 数学中的许多函数具有优良的变换特性。适当变换分析 域，可以简化问题。例如傅立叶变换及拉氏变换将微分运算 化为乘法运算，积分运算化为除法运算；小波变换把尺度在 时间和频率域任意伸缩；近来在图象处理领域又开发出 curvelet 和 contourelet transform。
SNRi Psi = F= Psi = F • SNRo • Pni SNR0 Pni SNR0
可检测的最小信号
Esi = Psi = F • SNRo • Pni
By TianGJ,YanshanUniv
可检测的最小信号举例
设图中输入噪声只有信号源电阻 热噪声，Rs=1kΩ，T=17ºC， 等效带宽B=1kHz，噪声系数 F=2，要求SNRO=10，求系统 可检测的最小信号Ei=？ 解:
By TianGJ,YanshanUniv
P P2 = F2 − 1, 3 = F3 − 1 K 2 Pi K 3 Pi
P 1 = F1 − 1 K1 Pi
2.2 放大器的噪声系数
• 2.2.2 级联放大器的噪声系数
Rs vs
放大器1 … 放大器2 增益K1 增益K2 Po2 Pi Po1 噪声F2 噪声F1 内噪P2 … 内噪P1
2.2 放大器的噪声系数
分析和设计低噪声放大器对于弱信号检 测是至关重要的.
元件热噪声, 散弹噪声, 接触(1/f)噪声, 暴裂噪声
第3章 电路的噪声
明,电阻热噪声功率谱密度为
S(f)=4kTR
(2-5)
式中,k=1.38×10-23J/K为波尔兹曼
常数;T为电阻的绝对温度值(K)。
第3章电路的噪声
因为功率谱密度表示单位频带内
的噪声电压方均值,故噪声电压的 方均值为
u2
(t
n
)
4kTRfn
•(2-6)
• 或表示为噪声电流的方均值
i2
(t)
n
4kTgf
第3章电路的噪声
L
r
L
r
C
SUi＝4kTr
(a)
(b)
Re C SUo
Xe
(c)
图 2 ——4并联回路的热噪声
( 1 )2
SUo
C
r2 (L
1
4kTr )2
C
(2 — 6)
第3章电路的噪声
并联回路可以等效为Re+jXe（图 2 — 33（c））,现
在看上述输出噪声谱密度与j R1e、(
Xe的关系。 r jwL)
SUo df
1
(Cr)2
1 (2Q f
)2
4kTrdf
f0
4kT
1
R0 (2Q
f
)2
df
f0
4k
T
R0
f0
2Q
第3章电路的噪声
3) 噪声带宽
图 2 — 32 是一线性系统, 其电压传输函数为H(jω)。
设输入一电阻热噪声,均方电压谱为SUi=4kTR, 输出均方
电压谱为SUo, 则输出均方电压E2n2为
Pno2 APH .k Tifn
其中Ti叫做等效噪声温度,简称噪声温度。
放大电路噪声指标
放大电路噪声指标
放大器的由于放大器本身就有噪声，输出端的信噪比和输入端信噪比是不一样的，为此，使用噪声系数来衡量放大器本身的噪声水平
公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。
该系数表征放大器的噪声性能恶化程度的一个参量，并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反映了器件或者信道特性的不理想。
在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度（T）来表示。
放大电路不仅把输入端的噪声放大，而且放大电路本身也存在噪声。
所以，其输出端的信噪比必小于输入端信噪比。
在放大器中，内部噪声与外部噪声愈小愈好。
放大电路本身噪声越大，它的输出端信噪比越小于输入端信噪比，NF就越大。
当NF用分贝表示时
NF(dB)=10 lg(Po/ApPi)
Po表示输出端的总噪声功率，Pi表示信号源输入端噪声功率，Ap表示功率增益。
[1]噪声系数与噪声温度的关系为：T=（NF-1）T0或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度（290K）。
2减小噪声的措施
（1）首选低噪放（2）引入负反馈来抑制噪声。
射频电路基础噪声与小信号放大器
电阻
电感
三极管
用于限制电流和调节电压。
用于产生磁场、滤波和调谐等功能。
用于信号放大和开关等。
在射频电路中，阻抗匹配是非常重要的，它能够减少信号的反射和损耗，提高信号传输效率。
阻抗匹配
滤波器设计
放大器设计
滤波器是射频电路中常用的元件，用于抑制不需要的频率成分，提高信号的纯度。
放大器是射频电路中的重要组成部分，用于放大微弱的信号，使其能够进行传输和处理。
动态范围扩展
小信号放大器可以扩展射频电路的动态范围，提高信号传输的稳定性。
03
02
01
根据实际应用需求，设计合适的匹配电路，以减小噪声对小信号放大器性能的影响。
匹配电路设计
通过优化小信号放大器的器件参数，可以进一步减小噪声对信号的影响。
优化器件参数
在系统级层面，综合考虑其他电路模块对噪声的影响，进行协同设计，以实现更好的性能。
设计要点
一个简单的小信号放大器电路由输入匹配网络、放大器和输出匹配网络组成，通过合理选择器件和优化电路参数，可以实现低噪声、高灵敏度和高线性度的放大效果。
实例
射频电路中的噪声与小信号放大器
04
降低输入噪声
小信号放大器通常具有较低的输入噪声，能够降低对信号的干扰。
噪声系数优化
通过优化小信号放大器的噪声系数，可以在一定程度上减小噪声对信号的影响。
噪声性能指标
包括等效输入噪声、噪声系数、信噪比等，用于评估电子设备或系统的性能。
主要包括热噪声、散弹噪声、闪烁噪声等。热噪声是由导体中电子的热运动产生的；散弹噪声是由电子发射的非均匀性引起的；闪烁噪声则与半导体表面的不完整性有关。
噪声来源
采用低噪声器件、优化电路设计、接地技术、屏蔽技术等手段可以有效降低电路中的噪声。此外，还可以通过滤波器滤除特定频率范围的噪声。
第二讲放大器的噪声源及噪声特性
• 在1918年，沃尔特肖特基发现在电子管的散粒噪声， 发展肖特基定理。
• 散粒噪声电流的均方值表示为
I
2 sh
2qI DC f
(Schottky 公式)
其功率谱密度
Ssh (
f
)
I
2 sh
f
2qIDC
可见为白噪声。
2.1.4 g-r噪声及其表示（爆米花噪声）
• 一个电阻R上的热噪声均方值表示为 2
et 4kTRf (Nyquist 公式)
热噪声功率谱密度为：
2
St (
f
)
et f
4kTR
（V2/Hz)
• 用量子理论表示热噪声功率谱密度函数：
St
(
f
)
exp(
4hfR hf /(kT))
1
• 电阻开路两端呈现的热噪声电压有效值为：
Et et2 4kTRf
Pt
E[et20 (t)]
0 St0 ( f )df
kT /C
• 有效值为：
Et0 kT / C
• 这就是一白噪声源通过一低通滤波器的输 出：电路的输出噪声功率和有效值与电阻的 阻值无关，而只取决于并联在电阻两端的电
容C 和绝对温度T。
• 对一确定的电容C，输出功率谱密度函数 与电阻的关系如下图所示，但总的输出噪声 功率不变。
2.2 放大器的噪声系数和噪声温度
• 噪声系Байду номын сангаас • 噪声温度 • 功率增益 • 级联放大器的噪声系数
2.2.1 放大器的噪声系数
•噪声系数是衡量放大器噪声水平的一个参 数。它表征的是信号经过放大器后增加了 多少噪声。
放大器噪声
所谓噪声，就是在放大电路或电子设备的输出端与有用信号同时存在的一种随机变化的的电流或电压，没有有用信号是时它也存在。
电路噪声(放大器的噪声)一、放大电路内部噪声的来源和特点放大电路的内部噪声主要来源于包括输入变换在内的电阻热噪声和放大器件的噪声。
（一）放大器噪声_电阻的热噪声一个电阻在没有外加电压时，电阻材料的自由电子要作无规动，他的一次运动过程，会在电阻两端产生很小的电压，就一段时间来看，出现正负电压的概率相同，因而两端的平均电压为零。
但就一瞬时来看，电阻两端电压的大小和方向是随机变化的。
这种因热而产生的起伏电压称为电阻的热噪声。
噪声电压un(t)是随机变化的，无法确切地写出它的数学表达式。
而大量的实践和理论分析已经找出它们的规律性，可以用概率特性和功率谱密度来描述。
例如，电阻热噪声电压un(t)具有很宽的频谱，它从零开始连续不断，而且各个频率分量是相等的如下图所示：在较长时间里，噪声电压un(t)的统计平均值为零。
但是，假如将un(t)平方后再取其平均值，就具有一定的数值，称其为噪声电压的方均值，即电阻的热噪声可以用一个噪声电压源和一个无噪声的串联电阻R等效,也可以用一个噪声电流源和一个元噪声的电导g并联等效。
因功率与电压或电流的方均值成正比,电阻热噪声也可以看成是噪声功率源。
(二)放大器噪声_晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声主要有四个来源。
1.热噪声2.散粒噪声由于com少数载流子由发射极通过PN结注入基区时,在单位时间内注人的载流子数不同,是随机起伏的。
这种起伏会影响到集电极电流的起伏,由此引起的噪声叫散粒噪声。
3.分配噪声晶体管发射区注入到基区的少数载流子中,一部分经过基极区到达集电极形成集电极电流,一部分在基极区复合。
载流子复合时,其数量是随机起伏的。
分配噪声就是集电极电流随基区载流子复合数量的变化而变化所引起的噪声。
4.闪烁噪声闪烁噪声又称为1/f噪声。
它主要在低频(几千赫以下)范围起主要作用。
放大器的噪声有哪些
放大器的噪声基础IC的噪声有两种类型：一种是外部噪声，来源于IC外部；另一种是内部噪声，来源于器件本身。
外部噪声一些工程师认为外部噪声不应该被称为噪声，因为它不是随机产生的，使用“干扰”一词也许更恰当。
首先，简单谈谈三种外部噪声的主要来源：RFI耦合环境中充斥着各种电磁波，虽然这些射频干扰信号通常在目标带宽以外，但器件的非线性有时会调整这些信号，将其带入目标区域中。
特别是连接传感器的引线较长时，噪声一般会从输入引线进入电路。
抑制射频干扰的办法包括：输入端滤波、屏蔽和采用双绞线输入。
电源噪声电子电路抑制电源线信号的能力有限，尤其是频率较高时，因此必须先消除电源线上的高频干扰，使其无法到达低噪声电路。
可以对电源进行适当滤波以及IC本身采取良好的旁路措施来实现。
敏感模拟电路与数字逻辑应采用不同的电源，至少应深度滤波。
接地环路我们经常可以从原理图上看到很多的接地符号，但必须注意，在实际电路中任何两点的电位都不可能完全相等，电流会流经地线，从而产生电位差。
必须考虑电流如何流动，并将高电流路径与敏感电路隔离。
例如，实用新型接地配置，或者将模拟地层与数字地层接在一个点上。
内部噪声内部噪声来源于信号链中的电路元件，IC数据手册中相关的性能规格就是针对这种噪声。
典型的内部噪声源包括传感器、电阻、放大器和模数转换器。
电阻噪声电阻噪声分为两类：一是内部热噪声，这种噪声与电阻构造无关，仅取决于总电阻、温度和带宽，它与所施加的信号无关；二是附加电流噪声，通常被称为过量噪声，它取决于电阻的构造，与热噪声不同，电阻电流噪声与所施加的电压有关。
薄膜电阻和绕线电阻具有出色的电流噪声性能，其噪声主要是内部热噪声。
炭核电阻则不然，一般认为其噪声性能较差，在之后的讨论中我们将假设在低噪声设计中使用高质量薄膜电阻，因此可以忽略电流噪声，只专注于热噪声。
理想电阻的热噪声公式为：可以看出，热噪声取决于温度、电阻、带宽和波尔兹曼常数。
但在实际设计中，并不要求记住这个公式，因为我们有一个非常方便的速算法。
放大电路及其噪声
放大电路及其噪声从光电检测器出来的电信号是很微弱的，必须要得到放大。
尽管放大器的增益可以做得足够大，但在弱信号被放大的同时，噪声也被放大了，当接收信号太弱时，必定会被噪声所掩没。
为了改善光接收机的噪声特性，在放大过程中必须要尽可能地少引入噪声。
为此，采用前置放大和主放大这种两级放大的方式。
放大器内部的噪声主要来源于器件内部的电阻和有源器件。
所以，放大器的噪声与电阻结构和所用的有源器件有关。
不管前置放大器的具体结构如何，从低噪声角度出发，第一级采用共射极(或共源极)则是公认的。
有源器件有晶体三极管(Bi-junction Transistor，BJT)或场效应管(Field Effect Transistor，FET)两类。
放大器的输出噪声主要由前置级所决定，这是因为对于一个多级放大器，在输入信号被各级放大的同时，放大器输入端的噪声也以同样的倍数被放大。
尽管放大器各级中任何电阻或晶体管部会引人附加噪声，但只要放大器第一级的增益很大，以后各级引入的噪声就可以忽略。
因此，我们只分析前置放大器的噪声，在分析中把所有的噪声源都等效到输入端。
对放大器的噪声进行控制和优化，关键在于前置放大器。
放大器输入端的噪声源***********************************************************************************放大器的噪声包括电阻的热噪声及有源器件（双极晶体管和场效应管）的散粒噪声。
无论是热噪声还是散粒噪声，都是由无限多个统计独立的不规则电子的运动所产生，它们的总和服从概率论中的“中心极限定理”的条件，因而统计特性是服从正态分布的。
放大器噪声的概率密度函数可以表示为高斯函数此概率密度函数由统计平均值m和均方差唯一确定。
对随机噪声，当m = 0时，上式可写成：均值为零的高斯噪声的方差实际就代表噪声电压（或噪声电流）的平方的平均值，也是1 电阻上的噪声功率。
放大器中的噪声 及措施
4.9.4 晶体管的噪声
➢电阻热噪声：各电极的体电阻（基极体电阻）自由电子热运动产生的噪声。 （白噪声）
➢散粒噪声：这是电子流的不均匀性引起的。（白噪声）
➢分配噪声：载流子在基区分配比例随机变化所产生的噪声称为分配噪声。 （有色噪声）
➢ 1/f 噪声：低频时比较显著。在1kHz以上，则可以忽略。（有色噪声）
atmospheric interference cosmic interference
干扰 与
噪声
外部干扰
external interference
内部噪声
internal noise
hum noise shot noise
contact noise flicker noise
自然干扰
natural interference
4.10.6 减小噪声系数的措施
选用低噪声元器件 正确选择晶体管放大级的直流工作点
选择合适的信号源内阻Ｒs
选择合适的工作带宽 选用合适的放大电路 降低放大器的工作温度
高频放大器
混频器
Fn1 3 dB APH1 ？
Fn2 10
APH2 0.2
解：3dB、6dB分别对应为2、4。
中放
Fn3 6 dB
4.10.3 多级放大器的噪声系数
例：
高频放大器
Hale Waihona Puke 混频器中放Fn1 3 dB
APH1 ？
Fn2 10
APH2 0.2
Fn3 6 dB
未加入高放时接收机噪 声系数为
10n2选用低噪声元器件选用低噪声元器件正确选择晶体管放大级的直流工作点正确选择晶体管放大级的直流工作点选择合适的信号源内阻选择合适的信号源内阻rrss选择合适的工作带宽选择合适的工作带宽选用合适的放大电路选用合适的放大电路降低放大器的工作温度降低放大器的工作温度4106减小噪声系数的措施
放大器的噪声
三、放大器的噪声：1、放大器的噪声电压和噪声电流，放大器的噪声模型：任何两端网络都有通用的噪声模型。
把网络看成是无噪声的理想网络，其内部的噪声源用两个位于输入端的噪声源来表示。
这两个噪声源分别为输入端串连的电压噪声源V N及和输入端并接的电流噪声源I N。
图1-10所示为放大器的噪声模型。
图中还包括了信号源V S和信号源内阻R S及其热噪声V t 。
图1-10、放大器的噪声模型V N是当R S等于零时放大器存在的噪声。
I N是当R S不为零时放大器的附加噪声。
这两个噪声发生器V N和I N之间通常有一定的联系。
即这个噪声源是部分相关的。
在以后的讨论中为了简单起见，我们假设V N，I N是相互独立的。
V N和I N是充分表征一个放大器噪声性能的必不可少的参数。
图中V S为信号电压，R S为放大器输入端向信号源看过去的电阻，通常称信号源内阻，由这个信号源内阻R S所产生的热噪声为V t。
包括由放大器的信号源内阻所产生的噪声，一共有三个噪声源，根据电路理论可以把这三个噪声源合并成一个噪声源是可能的，并把这些噪声信号源集中到信号源处。
这样做对以后讨论信噪比S/N是方便的，设在信号源处总的噪声V Ni，下面我们来确定V Ni。
到达放大器输入阻抗Zi的信号电压和噪声电压被放大到输出端的电压增益为A倍，用分压和分流原理可以求出输出总噪声V No。
必须注意在求噪声时要注意到噪声的特点，噪声电压必须要用均方值表示。
总噪声为(1-32)若令输入信号源到放大器输出端的传递函数为K，则有K=V so / V s(1-33)式中V S为信号电压，V SO为输出信号电压，传输函数K和放大器的输入阻抗，源内阻，工作频率都有关。
引人放大倍数A，输出信号又可以表示为：(1-34)将（1-33）和（1-34）式比较可以得传输函数和放大倍数的关系:(1-35)由（1-35）式表明放大倍数A为源内阻R S=0时的传输函数。
把和用K联系起来有：(1-36)比较（1-32）和（1-36）式，并用（1-35）式求得：(1-37)这是一个很重要的公式，今后讨论中经常使用，这式中没有出现放大器的输入阻抗。
第3章 放大器中的噪声讲解
是一个重要知识点。
3
五、研究的主要内容
１.电阻、晶体管、场效应管内部噪声的主要来源； ２.噪声的表示与计算；（重点） ３.降噪的主要措施。
4
3.9.1 噪声的来源与表示（P100）
一、噪声的起源 电阻、晶体管、谐振回路中都有大量的自由电子。 这些自由电子处在无规则的运动中，不停地碰撞、复合， 产生二次电子；温度越高，电子的运动越剧烈，是一个 随机过程（是一个随机变化的值）。 电阻中，电子的每一次无规则运动，都会在电阻的 两端感应出一个很小的电压；因此，大量热运动的电子 会在电阻的两端产生起伏噪声电压vn（t）。
噪声电流的有效值： in 2 4kTG f n 3.谐振电路的热噪声功率（P105）
vn 2 4kTRp f n
式中，Rp 为谐振电路中的谐振电阻
f n
为电路的等效噪声带宽
12
3.9.4 晶体管的噪声（P107）
一、热噪声 主要存在于 rbb( 基区体电阻）内。 二、散粒噪声
大多为白噪声（在整个频域内，功率谱密 度均匀分布的噪声；亦即：所有不同频率 点上能量相等的随机噪声） ◆ 注：白噪声,无处不有。
2
三、干扰与噪声对通信的影响 与通信设备的性能密切相关。如：对接收机的灵
敏度、可靠性、选择性等有影响。
四、干扰与噪声涉及的知识面 各种技术资料（如：设备使用说明书、元器件 功能介绍等资料）、教科书中，都会涉及到，而且
3.9 放大器中的噪声（P100）
一、什么是干扰(interference)？ ◆ 通信，要求以无线或有线的方式，将信息安全、准 确、及时、不失真地传递给对方。 ◆ 信号在媒质中传播，不可避免受到各种干扰： ♣ 雨天的闪电、雷声 ♣ 工厂的电动机、电焊机的电火花 ♣ 电台之间的相互干扰（“美国之音”） ♣ 来自宇宙的x射线、γ射线、宇宙射线 ◆ 定义：妨碍通信设备正常传输和接收的（外部）电磁振荡 。 ◆ 分类 自然干扰： 天电干扰、宇宙干扰、大地干扰 人为干扰： 无线电台的干扰、工业干扰
第2章放大器的噪声源和噪声特性
Psh = ∫ 2 qI dc df = 2 qI dc B
B
8
4．散弹噪声电流的有效值 （均方根值）为
Ish=√2qIdcB
上式表明，单位带宽方根的Ish只是Idc的函数。 5．Ish的幅度分布： 高斯分布
9
2.1.3
1/f 噪声
1．起因：两种导体接触点电导的随机涨落，因此又称接触噪声。 2．早期的1/f 噪声模型 功率谱密度函数
25
（3）集电极电流IC的散弹噪声ic
SC( f ) = 2qIC
（4）1/f 噪声if
γ γ 2qf L I B K F I B = α Sf ( f ) = α f f
式中：Ib ⎯ 流过基极的直流电流；
γ 和α — 接近于1的常数；
f —工作频率； fL —转折频率
26
2．双极型晶体管的噪声等效电路 （1）等效电路的化简
双极型晶体管的噪声等效电路1等效电路的化简等效为一个输入电压源和一个输入电流源2812??????2cfbb1kirnbb2m24qiektrgf??????12?????fbnb2kifiqif????????12cnbb2m24qiektrg????????????nb2iqi当频率足够高时忽略1f噪声292等效输入电压噪声随ic变化曲线3等效输入电流噪声随ic变化曲线304最小噪声系数fmin随ic变化曲线5最佳源电阻rso随ic变化曲线312
13
2．2
1．输入端信噪比
放大器的噪声系数
2.2.1 噪声系数(Noise Factor)和噪声因数(Noise Figure)
输入信号功率Psi Vsi2 = 2 SNRi = 输入噪声功率Pni Vni
2．输出端信噪比
运算放大器的噪声分析
运算放大器的噪声分析运算放大器的噪声分析2010年11月02日星期二16：24问：有关运算放大器的噪声我应该知道些什么?答：首先，必须注意到运算放大器及其电路中元器件本身产生的噪声与外界干扰或无用信号并且在放大器的某一端产生的电压或电流噪声或其相关电路产生的噪声之间的区别。
干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声而且干扰源到处都存在：机械、靠近电源线、射频发送器与接收器、计算机及同一设备的内部电路(例如，数字电路或开关电源)。
认识干扰，防止干扰在你的电路附近出现，知道它是如何进来的并且如何消除它或者找到对干扰的方法是一个很大的题目。
如果所有的干扰都被消除，那么还存在与运算放大器及其阻性电路有关的随机噪声。
它构成运算放大器的控制分辨能力的终极限制。
我们下面的讨论就从这个题目开始。
问：好，那就请你讲一下有关运算放大器的随机噪声。
它是怎么产生的?答：在运算放大器的输出端出现的噪声用电压噪声来度量。
但是电压噪声源和电流噪声源都能产生噪声。
运算放大器所有内部噪声源通常都折合到输入端，即看作与理想的无噪声放大器的两个输入端相串联或并联不相关或独立的随机噪声发生器。
我们认为运算放大器噪声有三个基本来源：★一个噪声电压发生器(类似失调电压，通常表现为同相输入端串联)。
★两个噪声电流发生器(类似偏置电流，通过两个差分输入端排出电流)。
★电阻噪声发生器(如果运算放大器电路中存在任何电阻，它们也会产生噪声。
可把这种噪声看作来自电流源或电压源，不论哪种形式在给定电路中都很常见)。
运算放大器的电压噪声可低至3 nV/Hz。
电压噪声是通常比较强调的一项技术指标，但是在阻抗很高的情况下电流噪声常常是系统噪声性能的限制因素。
这种情况类似于失调，失调电压常常要对输出失调负责，但是偏置电流却有真正的责任。
双极型运算放大器的电压噪声比传统的FET 运算放大器低，虽然有这个优点，但实际上电流噪声仍然比较大。
现在的FET运算放大器在保持低电流噪声的同时，又可达到双极型运算放大器的电压噪声水平。
运算放大器噪声介绍
运算放大器噪声介绍
噪声的重要特性之一就是其频谱密度。
噪声频谱密度是指每平方根赫兹的有效(RMS) 噪声电压（通常单位为nV/rt-Hz）。
功率谱密度的单位为W/Hz。
在上一篇文章中，我们了解到的热噪声可用方程式 2.1 计算得出。
该算式经过修改也可适用于频谱密度。
热噪声的重要特性之一就在于频谱密度图较平坦（也就是说全部频率的能量相同）。
因此，热噪声有时也称作宽带噪声。
运算也存在宽带噪声。
宽带噪声即为频谱密度图较平坦的噪声。
方程式 2.1：频谱密度——经修改后的热噪声方程式
图 2.1：噪声频谱密度除了宽带噪声之外，运算放大器常还有低频噪声区，该区的频谱密度图并不平坦。
这种噪声称作 1/f 噪声，或闪耀噪声，或低频噪声。
通常说来，1/f 噪声的功率谱以 1/f 的速率下降。
这就是说，电压谱会以 1/f(1/2 ) 的速率下降。
不过事实上，1/f 函数的指数会略有偏差。
图 2.1 显示了典型运算放大器在 1/f 区及宽带区的频谱状况。
请注重，频谱密度图还显示了噪声状况（单位为 fA/rt-Hz）。
我们还应注重到另一点重要的状况，即 1/f 噪声还能用正态分布曲线表示，因此第一部分中介绍的数学原理仍然适用。
图 2.2 显示了1/f 噪声的时域状况。
请注重，本图的 X 轴单位为秒，随时光发生较慢变幻是1/f 噪声的典型特征。
图 2.2：时域所对应的 1/f 噪声及统计学分析结果
图 2.3 描述了运算放大器噪声的标准模型，其包括两个不相关的电流
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