第3讲_高频 电子噪声
高频电子线路电子噪声计算
第四节 噪声系数和噪声温度
５３
号源本身的 参数———内 阻和 电动 势，与 输
入电阻和 负载 无关。 如图２－３３ 所示， 为
了使信号源输出 最大 功率，要 求信 号源 内
阻 ＲＳ 与负载电阻 ＲＬ 相匹配，即 ＲＳ＝ＲＬ。 也就是说，只有在 匹配时 负载 才能 得到 额
定功 率 值 。对 于 图 ２－３３
ＫＰｍ＝
Ｐｓｍｏ Ｐｓｍｉ
（２－６８）
显然，额定功率增益 ＫＰｍ不一定是网络的实际功率增益， 只有在 输出和输 入都
匹配时，这两个功率才相等。
根据噪声系数的定义，分子和分母都是同一端点上的功率比，因此将实际
功率改为额定功率，并不改变噪声系数的定义，则
ＮＦ＝
ＰＰｓｓｍｍｉｏ／／ＮＮｍｍｉｏ＝
Ｎｍｏ ＫＰｍ Ｎｍｉ
定功率分别为
Ｐｓｍ＝４ＵＲ２ＳＳ
（２－６６）
图２－３３ 信号源的 额定功率
（ａ） 电 压 源 ；（ｂ） 电 流 源
和
Ｐｓｍ＝ ４１Ｉ２ＳＲＳ
（２－６７）
式中，ＵＳ 和 ＩＳ 分别是电压源和电流源的电压有效值和 电流有 效值。任何 电阻 Ｒ的 额 定 噪声 功 率 均为 ｋＴＢ。
额定功率增益 ＫＰｍ 是指四端网络的输出额定功率 Ｐｓｍｏ和输 入额定功 率 Ｐ的最 大 输 出 功率 为
Ｐｍｏ＝４
ｐ２Ｉ２Ｓ （Ｇ＋ｐ２ＧＳ）
输入端信号源的最大输出功率为
Ｐｓｍ＝４ＩＧ２ＳＳ
因此，网络的噪声系数为
ＮＦ＝ Ｋ１Ｐｍ＝ ＰＰｓｍｍｏ＝ Ｇ＋ｐ２ｐＧ２ＳＧＳ＝１＋ｐ２ＧＧＳ
无源四端网络的噪声系数等 于它 的衰减 值，这 是一 个有用 的结 论。比如，
５５
在多级四端网络级联后，若已知各级网络的噪声系数和额定功率增益，就能十
电子设计中常见的噪声问题及解决方法
电子设计中常见的噪声问题及解决方法在电子设计中，噪声是一个常见且影响深远的问题。
它会对系统性能造成严重影响，因此必须采取有效的方式进行解决。
在本文中，我们将讨论电子设计中常见的噪声问题以及相应的解决方法。
首先，让我们了解什么是噪声。
在电子设备中，噪声是指系统中出现的不希望的干扰信号，会导致输出信号的失真或降低信噪比。
电子设备中的噪声通常可以分为两类：外部噪声和内部噪声。
外部噪声是来自环境中的干扰，比如电源线上的电磁干扰、无线电信号等；内部噪声则是电子设备本身产生的信号干扰，比如器件本身的热噪声、晶体管的噪声等。
常见的电子设计中的噪声问题包括：热噪声、1/f 噪声、射频干扰以及电源干扰等。
热噪声是由于电阻器、晶体管等器件的热运动引起的，通常可以通过降低工作温度或选择低噪声器件来减小；1/f 噪声是一种与频率成反比的噪声，通常可以通过滤波器进行抑制；射频干扰是来自无线电频段的干扰信号，通常可以通过屏蔽、滤波等技术进行减小；电源干扰则是由电源波动等因素引入的干扰信号，可以通过滤波器、稳压器等措施进行消除。
为了解决这些噪声问题，我们可以采取一系列有效的解决方法。
首先，选择低噪声器件是很关键的，因为器件本身的噪声会影响整个系统的性能。
其次，合理布局电路板是很重要的，可以避免信号叠加引入额外的干扰。
此外，使用合适的滤波器、隔离器等器件也是很有效的方法，可以将不需要的干扰信号滤除。
在面对射频干扰时，可以采用屏蔽罩、隔离器件等技术来隔离干扰信号，保证系统的正常工作。
除了以上方法外，还可以利用数字信号处理技术来进行噪声消除。
通过滤波、降噪算法等方法，可以有效地去除信号中的噪声成分，提高系统的信噪比。
此外，还可以采用差分信号传输、差分输入放大器等技术来减小信号传输过程中的干扰，提高系统的抗干扰能力。
总的来说，电子设计中的噪声问题是一个不可忽视的挑战，但是只要采取适当的解决方法，就可以有效地减小噪声对系统性能的影响。
高频电路中电源噪声分析及其干扰消除对策
高频电路中电源噪声分析及其干扰消除对策一、电源噪声的分析电源噪声是指由电源自身产生或受扰感应的噪声。
其干扰表现在以下几个方面:1)电源本身所固有的阻抗所导致的分布噪声。
高频电路中，电源噪声对高频信号影响较大。
因此，首先需要有低噪声的电源。
干净的地和干净的电源是同样重要的。
电源特性如图1所示。
从图1可以看出，理想情况下的电源是没有阻抗的，因此其不存在噪声。
但是，实际情况下的电源是具有一定阻抗的，并且阻抗是分布在整个电源上的，因此，噪声也会叠加在电源上。
所以应该尽可能减小电源的阻抗，最好有专门的电源层和接地层。
在高频电路设计中，电源以层的形式设计一般比以总线的形式设计要好，这样回路总可以沿着阻抗最小的路径走。
此外，电源板还得为PCB上所有产生和接受的信号提供一个信号回路，这样可以最小化信号回路，从而减小噪声。
2)共模场干扰。
指的是电源与接地之间的噪声，它是因为某个电源由被干扰电路形成的环路和公共参考面上引起的共模电压而造成的干扰，其值要视电场和磁场的相对的强弱来定。
如图2。
在该通道上，Ic的下降会在串联的电流回路中引起共模电压，影响接收部分。
如果磁场占主要地位，在串联地回路中产生的共模电压的值是:式(1)中的ΔB为磁感应强度的变化量，Wb/m2;S为面积，m2。
如果是电磁场，已知它的电场值时，其感应电压为式(2)一般适用于L=150/F以下，F为电磁波频率MHz。
如果超过这个限制的话，最大感应电压的计算可简化为:3)差模场干扰。
指电源与输入输出电源线间的干扰。
在实际PCB设计中，笔者发现其在电源噪声中所占的比重很小，因此这里可以不作讨论。
4)线间干扰。
指电源线间的干扰。
在两个不同的并联电路之间存在着互电容C和互感M1-2时，如果干扰源电路中有电压VC和电流IC，则被干扰电路中将出现:a. 通过容性阻抗耦合的电压为式(4)中RV是被干扰电路近端电阻和远端电阻的并联值。
b.通过感性耦合的串联电阻如果干扰源中有共模噪声，则线间干扰一般表现为共模和差模两种形式。
电子电路中常见的电路噪声问题解析
电子电路中常见的电路噪声问题解析电子设备中的电路噪声问题一直以来都是工程师们在设计和优化电子电路时必须面对的挑战。
电路噪声是指在电子设备中产生的无意识的、随机的、或者非期望的信号，它会影响电路的性能和稳定性。
本文将对电子电路中常见的电路噪声问题进行解析，帮助读者更好地了解和应对这些问题。
一、噪声来源在电子电路中，噪声可以来自多个方面。
以下是一些常见的噪声来源：1. 热噪声：也称为约瑟夫森噪声，是由于电子元件（如电阻）受到温度变化的影响产生的噪声。
2. 互感噪声：由于电子元件之间的互感效应引起的噪声。
3. 混频噪声：当多个频率信号在电路中混合时，会产生混频噪声。
4. 开关噪声：由于电子开关的不完美导致的噪声。
5. 自激噪声：在电路中形成自激振荡时产生的噪声。
二、常见的电路噪声问题1. 热噪声：热噪声是电子设备中常见的一种噪声问题。
在放大器电路中，热噪声会对信号的增益和精度产生负面影响。
为了降低热噪声，可以采用降低电阻温度、增加电阻阻值等措施。
2. 交叉耦合噪声：交叉耦合噪声是电子电路中常见的问题，尤其是在高频电路中更加明显。
交叉耦合噪声是由于不同电路之间互相干扰引起的，例如一个信号线上的噪声会通过电磁感应传递到其他信号线上。
3. 开关噪声：开关噪声是数字电路中常见的问题，特别是CMOS电路。
由于开关器件的非线性特性，会产生开关噪声。
为了降低开关噪声，可以采用滤波器、电源中的抗噪声电容等方法。
4. 振荡噪声：当电子电路中出现自激振荡时，会产生振荡噪声。
振荡噪声会使电路不稳定，影响电路的正常工作。
为了解决这个问题，可以采用增加阻尼、提高负反馈等方法。
三、噪声分析与处理方法在电子电路中，对于不同的噪声问题，我们可以采取不同的分析和处理方法。
以下是一些常见的方法：1. 噪声频谱分析：通过对电子电路中的噪声进行频谱分析，可以确定噪声的频率成分和幅值。
这有助于工程师们找出噪声的来源，进而采取相应的措施降低噪声。
高频电子系统课件-高频小信号放大器与噪声
第3章 高频小信号放大器
3.2 高频小信号等效电路
晶体管在高频小信号运用时，它的等效电 路主要有两种形式： 形式等效电路 即网络参数等效电路 物理模拟等效电路 即混合等效电路
第3章 高频小信号放大器
3.2.1 形式等效电路
晶体管等效为有源四端网络，常用
的有 h 、y 和 z 三种参数系。
.
Ib
yb'e yb'c
1 rbb' yb'e yb'c
.
Vb 1 rbb'
yb'c yb'e yb'c
.
Vc
.
I c
gm yb'e
1 rbb' yb'e yb'c
.
V
b
gce
yb'e
y r b'c bb' 1 rbb'
gm yb'e yb'e yb'c
. Vc
有放大、滤波和选频的作用。非谐振放大器由阻容放 大器和各种滤波器组成，其机构简单，便于集成。
第3章 高频小信号放大器
3.1 概述（续）
高频小信号放大器的质量指标
1）增益
电压增益：
功率增益：
分贝表示：
2) 通频带： 放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时，所对
应的频率范围称为放大器的通频带，用B=2f 0.7表示。 2f 0.7也称为3分贝带宽。
3.3.1单级单调谐回路谐振放大器
电压增益的相关结论
第3章 高频小信号放大器
3.3.1单级单调谐回路谐振放大器
2）功率增益
下一级输入导纳 本级输入导纳
高频电子线路第3章噪声与干扰
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3.3.2 信噪比与负载的关系 3.3.3 用额定功率和额定功率增益表示的噪声系数 3.3.4 多级放大器噪声系数的计算 3.3.5 等效噪声温度 3.3.6 晶体放大器的噪声系数 3.3.7 噪声系数与灵敏度 3.3.8 噪声系数的测量 3.4 降低噪声系数的措施 3.5 工业干扰与天电干扰
分配噪声本质上也是白噪声，但由于渡越时间的影响， 响当三极管的工作频率高到一定值后，这类噪声的功率谱密 度将随频率的增加而迅速增大。
3. 闪烁噪声 由于半导体材料及制造工艺水平造成表面清洁处理不
好 而引起的噪声称为闪烁噪声。 它与半导体表面少数载流子 的复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度 与频率近似成反比，又称1/f噪声。 因此，它主要在低频 （如几千赫兹以下）范围起主要作用。 这种噪声也存在于 其他电子器件中，某些实际电阻器就有这种噪声。 晶体管 在高频应用时，除非考虑它的调幅、调相作用，这种噪声的
3.3.1 噪声系数的定义
要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其 定义为
输入端信噪比 NF 输出端信噪比
噪声系数可由下式表示
NF((S S//N N))o i P P o i//P P n nio
(NF)dB10 lgP P oi //P Pn nio
图3.4描述放大器噪声系数的等效 图
晶体管中有发射结和集电结，因为发射结工作于正偏， 结电流大。 而集电结工作于反偏，除了基极来的传输电流 外，只有反向饱和电流（它也产生散弹噪声）。 因此发射 结的散弹噪声起主要作用，而集电结的噪声可以忽略。
第2章 电子噪声及其特性
第2章
高频电路基础
《高频电子线路》
二、电子噪声的来源与特性
理论上说除了纯电抗不产生噪声外，任何电子 线路都有电子噪声，但是因为通常电子噪声的强度 很弱，因此它的影响主要出现在有用信号比较弱的 场合。 在电子线路中，噪声来源主要有两方面：电阻 热噪声和半导体噪声。
第2章
高频电路基础
《高频电子线路》
1 2 ) ωoCr 2 H ( jω ) ≈ ∆f 2 1 + ( 2Q ) f0 (
式中, Δf为相对于f0的频偏, 由此可得等效噪声带宽为
Bn = ∫
∞
−∞
πf 0 d∆f = ∆f 2 2Q 1 + ( 2Q ) f0
1
第2章
高频电路基础
《高频电子线路》
己知并联回路的 3 dB带宽为B 0.7= f0/Q, 故 π Bn = B0.7 = 1.57 B0.7 2. 晶体三极管的噪声
第2章
高频电路基础
1 −j ωC
SUo =
《高频电子线路》
1 2 ( ) ωC 1 2 r 2 + (ωL − ) ωC ⋅ 4kTr
输出电压 H ( jω ) = = 输入电压 r + jωL − j 1 ωC
0（c））,现在看 并联回路可以等效为Re+jXe（图 2-3 2-30 上述输出噪声谱密度与Re、 Xe的关系。
理论和实践证明当电阻的温度为T(K)时,电阻R两端的噪声电 压均方值为：
1 T 2 U = lim ∫ un dt = 4kTBR T →∞ T 0
2 n
上式为奈奎斯特公式，式中k为波尔茨曼常数，k=1.36×10-23J/K， B为测量此电压时的带宽，T为热力学温度。Un是起伏电压交流分 量的有效值 根据概率论，总的噪声电压un服从正态（高斯）分布，其概率密 2 1 1 u n 度为： p (un ) = exp(− ) 2 2 2 Un 2πU n 根据上式可得噪声电压|un|>4Un的概率小于0.01%.
电子电路噪声和抑制噪声方法
电子电路噪声和抑制噪声方法噪声是指电子电路中无用信号或杂乱信号，它对电路的正常工作和性能造成干扰和损害。
在电子系统设计中，噪声会给电路性能带来负面影响，如降低信噪比、增加误码率、减小动态范围等。
因此，抑制噪声是电子电路设计中的重要问题。
本文将介绍电子电路噪声的种类以及一些抑制噪声的常用方法。
首先，电子电路噪声可以分为两类：内部噪声和外部噪声。
内部噪声是电子器件自身产生的噪声，包括热噪声、互模噪声和技术噪声。
外部噪声是从外部环境中传入电子电路中的噪声，包括电源噪声、串扰噪声和放射噪声等。
下面将分别介绍这些噪声的特点和抑制方法。
1.热噪声：热噪声是由于电子器件在温度不为绝对零度（0K）时，由于载流子的热运动引起的噪声。
它是一种宽带噪声，其功率谱密度与频率无关，在常温下，可以近似看做是白噪声。
抑制热噪声的方法主要有降低温度、选择低噪声器件和增加带宽等。
2.互模噪声：互模噪声是由于电子器件非线性特性引起的噪声，主要表现为不同频率信号之间产生的相互作用。
互模噪声是一种非线性噪声，其频谱特性与电路的非线性度有关。
抑制互模噪声的方法主要有降低电路的非线性度、改善电源、使用抗互调电路等。
3.技术噪声：技术噪声是由于电子器件的制造工艺引起的噪声，如电阻器的热噪声、电流源的噪声等。
技术噪声是与器件本身相关的噪声，它的特性与器件的工艺参数有关。
抑制技术噪声的方法主要有改善制造工艺、选择低噪声器件等。
4.电源噪声：电源噪声是由于电子电路的供电电源波动引起的噪声，主要来自电源的涟漪和工作电源的稳定性。
抑制电源噪声的方法主要有使用稳压电源、电源去耦、滤波等。
5.串扰噪声：串扰噪声是电子电路中信号之间相互干扰引起的噪声，主要来自于电路中的电磁耦合、电容耦合和电感耦合等。
抑制串扰噪声的方法主要有合理布局、屏蔽、使用抗干扰电路等。
6.放射噪声：放射噪声是电子电路中的信号通过导线和电器等辐射的电磁波造成的干扰，会对周围电子设备产生干扰。
高频电子线路课件：电 噪 声
1. “自耦变压器阻抗变换”和 “电容分压阻抗变 换”的阻抗变换计算公式。
2. 对于LC并联谐振回路，信号源和负载会使得电 路的Q值、谐振频率、通频带发生怎样改变？。
3. 一般来说，LC串并联谐振回路、陶瓷滤波器、 石英晶体滤波器、声表面波滤波器的工作频率、 选择性、矩形系数的高低顺序是怎样的？
电阻热噪声是白噪声
由于起伏噪声电压的变化是不规则的, 其瞬时振幅和瞬时相 位是随机的, 因此无法计算其瞬时值。起伏噪声电压的平均值为 零, 噪声电压正是不规则地偏离此平均值而起伏变化的。起伏噪 声的均方值是确定的, 可以用功率计测量出来。实验发现, 在整 个无线电频段内, 当温度一定时, 单位电阻上所消耗的平均功率 在单位频带内几乎是一个常数, 即其功率频谱密度是一个常数。 对照白光内包含了所有可见光波长这一现象, 人们把这种在整个 无线电频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声。
ＳI（ｆ）＝２ｑＩ0
(1.3.6)
其中，Ｉ0是通过ＰＮ结的平均电流值；ｑ是每个载流子的电荷 量，ｑ＝１.５９×１０-19C（库仑）。
注意, 在Ｉ0＝０时, 散弹噪声为零, 但是只要不是绝对零度,
热噪声总是存在。 这是二者的区别。
３. 分配噪声
在晶体管中, 通过发射结的非平衡载流子大部分到达集电结, 形成集电极电流, 而小部分在基区内复合, 形成基极电流。 这两 部分电流的分配比例是随机的, 从而造成集电极电流在静态值 上下起伏变化, 产生噪声, 这就是分配噪声。
【例1.5】 试计算510kΩ电阻的噪声均方值电压和均方值电
流。设Ｔ＝２９０K, ＢＷ＝１００kＨｚ。
解:
U
2 n
4kTR
BW
4
1.38 1023
高频电子线路-电噪声
屏蔽罩
屏蔽罩 电路 干 扰 源 C1
C2 电路
（a）
（b）
内部噪声(电噪声)
内部噪声分为人为噪声和固有噪声两类。
固有噪声是一种起伏型噪声，它存在于所有的电子线路 中， 主要有电阻热噪声、 晶体管噪声和场效应管噪声三种
一、电阻热噪声
产生机理：是由电阻内部自由电子的热运动产生的
在运动中自由电子经常相互碰撞 , 其运动速度的大小和方
这种在整个无线电频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声。
功率谱密度定义是：单位频带内噪声电压（或电流）的 均方值。 阻值为Ｒ的电阻产生的噪声电流功率频谱密度和噪声电压 功率频谱密度分别为： 噪声电流功率频谱密度： 噪声电压功率频谱密度：
4kT S1 ( f ) R SU ( f ) 4kTR k 1.38 10
Ps SNR 10lg (dB) Pn
Ｐs、Ｐn分别为信号功率与噪声功率。
(4)
１. 噪声系数定义 实际放大器输出信噪比总是小于输入信噪比。 NF定义： 输入信噪比与输出信噪比的比值,
Psi / Pni NF Pso / Pno
如果用分贝数表示, 则写成 可以看出：
(5)
上述定义可推广到所有线性四端网络。
外部干扰
一、外部干扰的来源
外部干扰分为自然干扰和人为干扰。自然干扰是大 气中的各种扰动。人为干扰是各种电器设备和电子设备 产生的干扰。
二、消除外部干扰的方法
1、电源干扰的抑制方法 供电电源因滤波不良所产生的100Hz纹波干扰是主要的电 源干扰，电源内阻产生的寄生耦合干扰也是主要的电源干扰。 对于高增益的小信号放大器，寄生耦合有时可能造成放大器自 激振荡。解决100Hz电源干扰和寄生耦合的方法是对每个电路 的供电电源单独进行一次RC滤波，叫做RC去耦电路，如果电 路的工作频率较高，而供电电流又比较大，则可以用电感代替 电阻，构成LC去耦电路，电感L称为扼流圈。因为大容量的电 解电容都存在串联寄生电感，在高频时寄生电感的感抗会很大， 使电容失去滤波的作用，所以电路中都并联一小容量的电容， 就可消去寄生电感的影响。
高频电子线路 第二章 3
= N F1
高频电子线路
第2章
高频电路基础
推广， 级级联电路的总噪声因数 推广，n级级联电路的总噪声因数 :
N F n −1 N F 2 −1 N F 3 −1 F = N F1 + + +L + K p1 K p1 K p 2 K p1 K p 2 K p ( n −1)
结论：为了降低多级电路总噪声系数，往往要尽量降低第一级、 结论：为了降低多级电路总噪声系数，往往要尽量降低第一级、 第二级的噪声系数。这就是接收机的前端放大器（ 第二级的噪声系数。这就是接收机的前端放大器（第一级或第二 级电路）必须采用低噪声放大器的原因。 级电路）必须采用低噪声放大器的原因。
高频电子线路
第2章
高频电路基础
4、 闪烁噪声
产生这种噪声的机理目前还不甚明了, 产生这种噪声的机理目前还不甚明了 , 一般认为是由 于晶体管表面清洁处理不好或有缺陷造成的, 于晶体管表面清洁处理不好或有缺陷造成的, 其特点是频谱集 中在约１ Ｈｚ以下的低频范围 以下的低频范围, 中在约１ kＨｚ以下的低频范围, 且功率频谱密度随频率降低 而增大。在高频工作时, 可以忽略闪烁噪声。 而增大。在高频工作时, 可以忽略闪烁噪声。
高频电子线路
第2章
高频电路基础
第三节 电子噪声及其特性 一、概述 干扰（或噪声） 干扰（或噪声）是除有用信号外的一切不需 要的信号和各种电磁扰动的总称。 要的信号和各种电磁扰动的总称。 干扰与噪声是两个同义的术语，习惯上将 干扰与噪声是两个同义的术语， 外部来的不需要信号称为干扰， 外部来的不需要信号称为干扰，内部产生的称 为噪声。 为噪声。
高频电子线路
第2章
高频电路基础
第四节、 第四节、噪声系数和等效噪声温度
第三节噪声
adaptation)
Ultrasonic(超声波)：>20,000Hz
短时间接触强噪声，主观感觉耳鸣、听力下降、检查发现 医学专家经人体和动物实验证明，长期接触噪声可使体内肾上腺分泌增加，从而使血压上升，在平均70分贝的噪声中长期生活的人，
可使其心肌梗塞 发病率增加30％左右，特别是夜间噪音会使发病率更高。
声压级(dB)相家加时增值△L表 L1-L2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 △L 3.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4
例：三个声源声压级为90，88，85dB L1-L2=2dB 查表△，L合 L合-L3=92.1dB-85dB=7.1dB,查表△L=0.8dB;
6个月以上，听力恢复极少。 注：TTS属于生理性、功能性改变，听觉器官无器质性变化。如不采取
◆听阈声压或听阈(threshold of hearing) 刚能引起正常青年人耳音响感觉的声压。 1000Hz纯音的听阈声压为20μpa或2×10-5 N/m2；
◆痛阈声压或痛阈(threshold of paining) 声压增大到正常人耳产生疼痛感觉时的声压。 1000Hz纯音的痛阈为20pa或20N/m2
第三节噪声
Noise (噪声)
（一）Sound(声音) ◇物体振动后，振动能在弹性介质中以波的形式向外转播，传
到人耳引起的音响感觉。 ◇Frequency(频率)：物体每秒振动的次数，单位：Hz
Infrasonnic Wave(次声波)：频率<20Hz Sound Wave(声波):人耳能够感受的声音频率在20-20,000Hz Ultrasonic(超声波)：>20,000Hz
0 0 0 -0.2 -1.9 -4.3 -11.1
第3章 核电子学中的噪声
第三章核电子学中的噪声在信号的产生、传输和测量过程中，噪声会迭加于有用信号上，从而降低测量精确度。
例如能谱测量时，噪声使系统的能量分辨率下降。
系统的噪声性能常用信号和噪声的比值（信噪比，即有用信号与噪声的比值)来表示。
信噪比愈高，由噪声引起的测量误差愈小。
一些电噪声是由电子器件本身产生的，另一些电噪声则来自外部因素，又称为干扰。
常见的如：交流电网的工频(我国为50赫)干扰；电视和无线电广播干扰；大功率设备的电磁场干扰；直流电源的纹波干扰；仪器(或插件)之间及仪器内部接地不良而产生的干扰。
此外，还有仪器振动引起的低频干扰，即颤噪声，如G e(L i)谱仪冷却系统中，液氮气泡振动探测器或引线而产生的颤噪声。
不同的噪声和干扰对测量的影响，可采用不同的办法来减小或消除[1]。
各种测量系统，因仪器和环境条件不同，起主要作用的噪声源也各不相同。
对于一般的能谱测量系统，只要电路上和工艺上采取适当措施，外部干扰通常可以减小到次要程度。
因此，影响测量精度的主要因素往往是仪器内部器件的固有噪声。
电子器件的噪声通常由载流子的随机运动或载流子的数量涨落引起。
例如导体或电阻中自由电子的不规则运动，电子管阴极的热电子发射；以及半导体内载流子的产生和复合过程等，都会引起电流或电压的波动，从而产生噪声。
因此双极型晶体管、场效应晶体管、电子管、电阻和核辐射探测器等器件，它们在提供和传送有用信号的同时还会产生噪声。
噪声属于随机过程，有关概念和分析方法已在第二章第三节中介绍，本章具体讨论核电子学中的主要噪声源。
第一节噪声的分类在核电子学中遇到的噪声主要有三类：散粒噪声、热噪声和低频噪声(又称1／f噪声)。
对于幅度分析和时间分析，散粒噪声和热噪声最重要。
3.1.1 散粒噪声大家知道，电流是由电子或其它载流子的流动形成的。
在电子器件中，载流子产生和消失的随机性，使得流动着的载流子数目发生波动，有时多些，有时少些，由此引起的电流瞬时涨落称为散粒噪声。
第3讲功率-噪声-频谱测量
现代微波与天线测量技术第三讲：微波功率和噪声测量彭宏利博士2008.09微波与射频研究中心上海交通大学－电信学院－电子工程系1.概述第3 讲: 微波功率－噪声微波功率测量微波功率是表征微波信号特性的一个重要参数，微波功率电平的精确测量是现代微波测量中最重要的一个方向之一。
首先，功率是一个表征能量传输的参数。
◆在低频：P＝V×I◆在高频与微波频段，V 和I 与各自测量传输线的位置变化而变化，不再具有唯一性，但功率具有唯一性，因此可用功率直接表示高频与微波的能量传输特性。
◆可直接对功率进行测量。
其次，一个系统的功率输出，常常是衡量系统性能的关键指标。
通常，发射功率越大，覆盖范围就越大，但功率大会导致成本上升。
因此围绕功率的评价，贯穿于系统设计、制造甚至商业领域的整个过程。
确定振荡器的输出功率、接收机的测试准确度以及接收机的灵敏度、放大器的增益、无源器件的插损，都离不开功率测量。
1.1.功率基本定义和单位功率的基本定义：P＝dE/dt, P:功率，E：能量信号功率测量中，有1)瞬时功率p(t)2)平均功率Pav: P =1 Tp(t)dt ，T 取平均的周期3)峰值功率Pav T⎰0: P =PT, T 取平均的周期，信号持续时间p -p单位：W＝J/S功率表示方法2 种p -p av τ1)绝对功率表示：uW, Mw, W, kW2)相对功率表示：dBW, dBmW, dBuW 1.2.功率方程g Γ 02 2 A 0* 221 - Γ2 lP i = a =P 0 1 - Γg ΓlP i 为负载入射功率， P 0 :源输出功率。
负载反射功率 P rP r =a Γl传输到负载的净功率 P lP l= P i- P r= P 01 - Γg Γl当Γl = Γ*时，共轭匹配P = P 1 - Γg= P 1 1 - Γg g1 - Γg传输到任意负载上的净功率 P l 的功率方程：P l = P A(1 - Γg)(1 - ℘l)21.3. 功率测量的一般电路微波功率测量方法：直接测量法。
高频电子线路电子噪声计算
５４
第二章 高频电路基础
图 ２－３４ 无源 四端网络 的噪声 系数
功率 Ｎｍｏ也为 ｋＴＢ，因此，由式 （２－６９） 得无源四端网络的噪声系数
ＮＦ＝
１ ＫＰｍ
＝Ｌ
（２－７２）
式中，Ｌ为网络的衰减倍数。上式表明，无源网络的噪声系数正好等于网 络的
衰减倍数。这也可以从 （２－６０） 的定 义来理 解。对 于无源 网络， 输出 的是 电
５７
设信号源的内阻为 ＲＳ＝７５Ω，则所需的最小信号电势为
ＵＳ＝ ４ＲＳＳｉ＝ ４×７５×２３．８×１０－１２Ｖ＝８４．５μＶ 由上面分析可知，为了提高接收机的灵敏度 （即降低 Ｓｉ 的值），有两 条途 径：一是尽量降低接收机的 噪声系 数 ＮＦ，另 一个是 降低 接收机 前端 设备 的温 度 Ｔ。 与噪声系数和接收机 灵敏 度都 有 关 的一 个 参数 是 接收 机 的线 性 动 态范 围 ＤＲ，它是指接收机任何部件都不饱和情况 下的 最大 输入信 号功 率 Ｓｉｍａｘ与 接收 机灵敏度 （用功率表示） 之比，有
阻热噪声，在输出匹配时，输出噪声功率与定义中规定的输入噪声相同。而输
出信号功率 Ｓｉ 为输入信号功率 Ｓｏ 的 Ｌ倍，也就是说输出信噪比也按同样比例 下降，因而噪声系数为 Ｌ。
现 以 图２－３５的 抽 头电 路 为 例， 计 算 其噪 声 系
数。这种 电 路 常 用 作接 收 机 的 天 线输 入 电 路。图
接收机输入端加一衰减器 （或者因馈 线引 入衰减）， 就使 系统 （包括 衰减 器和
接收机） 的噪声系数增加。
２． 级联 四 端 网络 的 噪 声 系数
无线电设备都是由许多单元级联而成的。研究总噪声系数与各级网络的噪
声系数之间的关系有非常重要的实 际意 义，它可 以指 明降 低噪声 系数 的方向。
电子噪声与干扰的分析与抑制
电子噪声与干扰的分析与抑制电子噪声与干扰（Electronic Noise and Interference）是在电子设备和通信系统中普遍存在的问题。
它们会对信号的传输和接收产生不利影响，导致信息丢失、降低设备性能，甚至引发故障。
本文将从电子噪声的来源、分类以及抑制方法等方面进行详细分析和讨论。
一、电子噪声的来源电子噪声主要由以下几个方面的因素引起：1.热噪声（Thermal Noise）：由于环境温度不断引起的物质内部激发运动，所产生的无规则振动，会导致电子设备中电荷的随机移动，产生不可预测的电流或电压的波动。
2.器件噪声（Device Noise）：包括晶体管、电阻、电容、电感等电子器件的内部噪声。
晶体管的咪特效应、内部电流噪声以及PN结的随机电荷载流子流动，都会产生器件噪声。
3.辐射噪声（Radiation Noise）：来自外部环境的电磁波辐射，如电视和广播电台、微波炉、雷电等，都会产生辐射噪声。
4.接触噪声（Contact Noise）：由于电路元器件接触部分出现的氧化、腐蚀、积碳等问题，导致电流或电压出现不稳定的现象。
二、电子噪声的分类根据电子噪声的频率范围和波形特性，可以将其分为以下几类：1.白噪声（White Noise）：在整个频谱范围内的功率谱密度（PSD）近似为常数的噪声。
其波形类似于随机产生的纯净信号，不包含任何频率成分的相关性。
2.带内噪声（In-Band Noise）：相对于特定频率带内的无规则波动，通常是由设备的电子元器件或环境中其他电子设备引起的。
3.输入噪声（Input Noise）：在电子系统输入端产生的噪声，包括来自天线、传感器等的信号本身以及环境中的电子噪声。
4.输出噪声（Output Noise）：在电子系统输出端产生的噪声，包括由电路、放大器、滤波器等引入的噪声。
三、电子噪声的影响与抑制电子噪声与干扰会对电子设备和通信系统带来许多不利影响，如降低信号的传输速率和距离、降低系统灵敏度和动态范围等。
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NF 1
Pno 2 Pno 1
可以看出噪声系数与放大电路内部产生的噪声有关。
第2章 高频电路基础_噪声系数
噪声系数的概念适用于线性电路,对非 线性电路,信号与噪声、噪声与噪声之间会 相互作用。
因为非线性电路会产生信号和噪声的频率变换，噪 声系数不能反映系统的附加噪声性能 。
即使电路本身不产生噪声,输出端的信 噪比也和输入端的不同。
4 50 1.82 10
16
4 Rs
4Rs P si
0.19(μV)
第2章 高频电路基础_噪声系数
1. 电阻热噪声
• 噪声电压Un(t)是随机变化的，其波形如 图2-30所示。
第2章 高频电路基础_噪声系数
• 噪声电压Un(t)的统计平均值为零。 Un(t) 平方后再取其平均值，称为噪声电压的 均方值，即 •
u
2 n
( t ) lim
1 T
T
0 u
T
2
第2章 高频电路基础_噪声系数
同理,对输出端来说,当放大电路的输出电阻Ro与负载 电阻RL相等时,输出端匹配。输出端的额定信号功率为 Pso和额定噪声功率为Pno。
额定功率增益APH是指放大电路的输入和输 出都匹配时(即RS=Ri, R0=RL时)的功率增益,
NF Psi Pso Pni Pno Pno kT f n A PH
2 ( t ) dt n
• 噪声电压作用于1Ω电阻上的平均功率为
p 1 T
0 u
T
2 n
( t )dt
第2章 高频电路基础_噪声系数
电阻热噪声可以用功率谱的形式来表征。 即热噪声的频谱在极宽的频带内具有均匀的功 率谱密度。
热运动理论和实践证明,电阻热噪声功 率谱密度为 S(f)=4kTR 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2章 高频电路基础_噪声系数
高 频 实 验 安 排
时间 周一 周二 周三 周四 周五
07:50
高频 （上课）
ห้องสมุดไป่ตู้
2班单号
微机原理
3班单号
通信原理
09:50
1班单号
随机信号
2班双号
信息论
4班单号
14:50
1班双号
通信原理
3班双号
4班双号
第2章 高频电路基础_噪声系数
2.2 电路的噪声
2.2.1 电路噪声的来源和特点
噪声系数NF与输入信号大小无关。
N
F
1
Pno
第2章 高频电路基础_噪声系数 P
2 no 1
•
2. 噪声系数的第三种表示
•
实际上,放大电路的输出噪声功率Pno是由
两部分组成的,一部分是Pno1=ApPni ,另一部分 是放大电路本身产生的噪声在输出端呈现的噪 声功率Pno2。即
• Pno=Pno1+Pno2 • 所以,噪声系数又可写成
第2章 高频电路基础_噪声系数
由上节的分析知，当信号源内阻与放大器输入端电阻 相匹配时，输入信号功率为：
Psi Vs
2
4 Rs
此时的输入噪声功率为： Pni kTB 根据噪声系数的定义得到的灵敏度为：
P,min N F P P P N F kTBni P P si ni so no so no
2.2.2 噪声系数
重点：噪声系数的各种表示形式及其含义。
第2章 高频电路基础_噪声系数
2.2.1 电路噪声的来源和特点
干扰与噪声
所谓干扰（或噪声）, 是除有用信号以外的一切不 需要的信号及各种电磁骚动的总称。 干扰和噪声是两个同义的术语,没有本质的区别。 习惯上，将外部来的称为干扰，内部产生的称为噪声。
1. 噪声系数的定义
噪声系数的定义是线性网络输入端信 号噪声功率比Psi/Pni与输出端信号噪声功 率比Pso/Pno的比值。用NF表示。
NF Psi Pni Pso Pno 输入信噪功率比 输出信噪功率比
第2章 高频电路基础_噪声系数
用分贝数表示。
N F ( dB ) 10 lg
Psi
第2章 高频电路基础_噪声系数
由此式可知,多级放大器总的噪声系数主要取决于 前面两级。
这是因为Ap的乘积很太,后面各级的影响很小。 通常,要求第一级的NF1要小而APH1要大。
第2章 高频电路基础_噪声系数
6.无源二端口(四端)网络的噪声系数
无源二端口网络广泛应用于各种无线电设备中。 例如接收机的输入回路、天线至接收机的传输线以及 LCR滤波器等。 它可以是LCR并联振荡回路,也可以是较复杂的LC滤 波器或传输线等。
Pni
Pso Pno
如果是理想无噪声的线性网络，输出端的 信噪比与输入端的信噪比相同,噪声系数NF=1。 若放大电路本身有噪声,则输出端的信噪比 低,即NF >1。 噪声系数表示通过线性网络后,信噪比变坏 的程度。 是衡量线性网络噪声性能好坏的物理量。
第2章 高频电路基础_噪声系数
噪声系数有第二种表示形式
Pno
A PH Pni
这是噪声系数的第四种表示形式。
第2章 高频电路基础_噪声系数
NF 1
Pno
1
kT i f n A PH kT f n A PH
A PH Pni
NF也可表示为：
N
F
1
Ti T
T为室温,可认为T=290K（17oC） Ti为放大电路的等效噪声温度 这是噪声系数的第五种表示形式。
第2章 高频电路基础_噪声系数
灵敏度（Sensitivity）
灵敏度定义：当给定系统的输出信噪比（Pso Pno）的
条件下，接收机的有效输入信号功率Psi 的最小值 Psi,min
（或接收机所能检测的最低输入信号电平 Vs ,min ）。 在规定的输出信噪比时，接收机所需的最小输入信号 电压，定义为接收机的灵敏度。
8 10 lg1.38 10 157.4(dB)
23
290 2100 1
由此得到有效输入信号功率 Psi 的最小值 P （灵敏度）为
si ,min
16 P,min 1.82 10 (W) si
2
根据 P si
Vs ,min
Vs
得到最小可检测输入信号电平为
第2章 高频电路基础_噪声系数
4. 噪声温度 噪声温度是用来表征放大电路内部噪声的一种形式。 噪声温度的概念是,把放大电路的内部噪声看作是由 信号源内阻Rs在温度为Ti时所产生的噪声。 也就是说,在放大电路的输入端,虚设一个噪声源,噪声电 压均方值U2ni=4kTiRsΔfn。它经过放大电路放大后,在输出 端得到的额定输出噪声功率正好等于放大电路内部噪声在 输出端得到的额定输出噪声功率
第2章 高频电路基础_噪声系数
5. 多级放大器的噪声系数
• (1)先讨论两级放大器的总噪声系数。
第2章 高频电路基础_噪声系数
• 两级放大器如图2-6所示。每一级的额定 功率增益和噪声系数分别为APH1、NF1 和APH2 、NF2, 通带均为Δfn。 • 第一级放大器的额定输出噪声功率为
Pno 1 Pni 2 kT f n N F 1 A PH 1
这样,第二级放大器的额定输出噪声功率为
P2no Pni 2 A PH 2 ( N F 2 1) kT f n A PH 2 kT f n N F 1 A PH 1 A PH 2 ( N F 2 1) kT f n A PH 2
两级放大器的总噪声系数为
NF P2no A PH 1 A PH 2 kT f n N F1 N F2 1 A PH 1
第2章 高频电路基础_噪声系数
因为功率谱密度表示单位频带内 的噪声电压方均值,故噪声电压的均方 值为
2
u
2
n
( t ) 4 kT R f n
• 或表示为噪声电流的均方值
i
n
( t ) 4 kT g f n
第2章 高频电路基础_噪声系数
电阻热噪声等效电路如图 2 – 31所示
2
图 2 — 3 电阻热噪声等效电路
第2章 高频电路基础_噪声系数
设APH是该网络的额定功率增益, 它的额定输出噪声 功率是
Pno kT f n
同样,由信号源加到网络的额定输入噪声功率是
Pni kT f n
得出：
NF
Pno A PH Pni
1 A PH
上式表明,一个无源二端口网络的噪声系数等于它的额定 功率增益的倒数，即无源四端网络的噪声系数等于它的衰减 值。 这个结果对任何无源网络,不管其内部电路如何,都是适 用的。
S U 4 kTR S I 4 kTG
(V
2
/ Hz )
( A / Hz )
2
第2章 高频电路基础_噪声系数
2.2.2 噪声系数
• 基本概念
• 信号功率 (Signal):信号能量大小； • 噪声功率 (Noise) :噪声能量大小；
• 信号噪声功率比 :用以衡量信号质量；
第2章 高频电路基础_噪声系数
第2章 高频电路基础_噪声系数
• 匹配法计算NF 噪声系数的的计算可假设放大电路处于任何
状态,只要计算简便。
可以假设放大电路输入与输出均处于匹配状
态。
为了计算和测量的方便，噪声系数可以用额 定功率和额定功率增益的关系来计算。
第2章 高频电路基础_噪声系数
• 所谓的额定功率是指信号源所能输出的最大功率。
第2章 高频电路基础_噪声系数
同理,第二级放大器的额定输出噪声功率也 是由两部分组成。一部分是第一级放大器输出 的额定输出噪声功率经第二级放大后的输出部 分;另一部分是第二级放大器本身产生的输出噪 声功率P2nO2;即