微弱信号期末考试资料整理(仅供参考)

噪声：通常把由于材料或器件（内部电路器件）的物理原因产生的扰动称为噪声，频谱分布一般比较宽。

干扰：把来自外部（人为或者自然）的扰动称为干扰，往往有一定的规律性和途径，可以减少或消除。

广义噪声：就是扰乱或者干扰有用信号的某种不期望有的扰动。

有用信号与噪声总是叠加在一起的，任何时候都不可能完全没有噪声，用信噪比来评价信号的品质优劣，信噪比S /N 定义为有用信号的有效值与噪声有效值之比。

信噪比改善系数SNIR 来描述放大器或测试系统对信噪比的改善作用

一般来说,能改变信号中各个频率分量的相对大小、或者抑制甚至全部滤除某些频率分量的过程称为滤波。

将一个在时域表示的信号，一般可以表示为y=f(t)，通过傅立叶变换，变换到频域，得到该信号在各个频率上的分布信息。

然后选择变换后信号在某些频率上的信息作为输出，去除该信号其他频率上的信息。 将滤波处理的频域信号，反变换到时域，得到结果。

低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器

调制：要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式。调幅调制：用低频调制信号去控制（高频正弦波）载波的振幅,使其随调制信号波形的变化而变化。

对于直流、低频信号，避免1/f 噪声和缓慢漂移

各态历经性

平稳随机过程在满足一定条件下有一个有趣而又非常有用的特性，称为“各态历经性”。这种平稳随机过程，它的数字特征（均为统计平均）完全可由随机过程中的任一实现的数字特征（均为时间平均）来替代。

也就是说，假设x(t)是平稳随机过程ξ(t)的任意一个实现，它的时间均值和时间相关函数分别为 • 具有各态历经性的随机过程必定是平稳随机过程

• 但平稳随机过程不一定是各态历经的

• 随机信号和噪声，一般均能满足各态历经条件。

互相关函数具有以下性质：

①两周期信号具有相同的频率，才有互相关函数，即两个非同频的周期信号是不相关的。 ②两个相同周期的信号的互相关函数仍是周期函数，其周期与原信号的周期相同，并不丢失相位信息。

③两信号错开一个时间间隔τ0处相关程度有可能最高，它反映两信号x(t)、y （t)之间主传输通道的滞后时间。 /2/21()()lim T T T a x t x t dt T

-→∞==⎰/2/21()()()()()lim T T T R x t x t x t x t dt T

τττ-→∞=+=+⎰

（1）小信号处理方法：滤波：频率可分调制解调：改变频率零位：间接方式，消除干扰

• 反馈：反馈稳定

（2）随机过程 • 平稳随机过程 各态历经特性 各个统计量

平移指定时间差然后相乘，得到相关函数上的一点

维纳-辛钦关系，是联系平稳随机过程的频域和时域两种分析方法的基本关系式

白噪声只是一种理想化的模型，是不存在的。 白噪声的均方值为无限大

按功率谱度函数形式来区别随机过程，我们将把除了白噪声以外的所有噪声都称为有色噪声或简称色噪声。

电子噪声定义广义:污染和干扰有用信号的不期望的信号，包括：外部干扰、电路内部噪声。 可是确定的也可是随机。

狭义:电荷载体的随机运动导致的电压、电流的随机波动。

试计算５１０k Ω电阻的噪声均方值电压和均方值电流各是多少？设Ｔ＝２９０K,Ｂ＝１００k Ｈｚ。

解:

U2n=4k·T·R·B=4×1.38×10-23×290×510×103×105≈8.16×10-10Ｖ2

I2n=4k·T·BW ／R=4×1.38×10-23×290×105／510×103)≈3.14×10-21Ａ2

例如，对于输入电阻R i=500kW ，带宽B =10kHz 的放大器，设环境温度T =300K ，可求出热噪声电压的有效值为9.1mV 。若输入被测信号为微伏量级，将被热噪声所淹没。

降低热噪声的主要途径是减小R 和B 。尽管降低温度也有助于降低热噪声，但效果不明显，例如，将电阻浸在液态氮(77K)中，热噪声电压有效值也仅仅减小约50%。

接触噪声发生在两导体相连接的地方，是由于接触点电导的随机涨落引起的。

凡是有导体接触不理想的元器件，都存在接触噪声。

接触噪声电流的有效值在各频率分量上不相等，不属于白噪声。

接触噪声不像热噪声和散粒噪声那样取决于带宽，而是取决于通频带的上、下限。 噪声系数：放大电路整体电路的本身噪声特性指标，衡量电路噪声特性的优劣。 噪声系数定义一：线性四端网络（放大器）中，

F=输出总噪声功率/放大器无噪声时的输出噪声功率(可以仅仅依靠噪声进行计算）

1()[()()]2lim T x T T R x t x t dt T ττ-→∞=-⎰

噪声系数定义二：线性四端网络输入端的信噪比与输出端的信噪比之比值。（对定义1变换可以得到）

（1）当线性网络本身不产生噪声，即F ＝1时为无噪声的理性网络

（2）线性网络本身产生的噪声P 越大，噪声系数F 越大

前级噪声会被后继放大，越是前级放大器，影响越大

多级放大器总的噪声系数主要取决于前面两级。

问题提出：

1、偏置电路提供了放大器所需要的静态工作电压和电流，提高静态工作点的稳定性。－－存在必要性

2、当需要分析微弱信号时，引入电阻等器件，增加系统的噪声系数。----------------------带来噪声

工作点选择的局限性

（1）不同Rs 所能达到最小噪声系数不同Fmin ＝f （Rs ），调节电流虽然能达到对应Rs 的最小噪声系数Fmin ，但是对于放大器而言，只是工作在指定Rs 下的优化，并不是工作在最佳环境下。

（2）既然Fmin ＝f （Rs ），那么必然存在一个和min(Fmin)对应的Rs ，最好是让放大器工作在具有最小Fmin 环境下。

（3）显然调节工作点，只能是使得在指定Rs 下最优，而无法得到该器件最佳噪声性能。

工作点选择应用-------（1）输入Rs 已知。（2）放大器件已经选定。(3)调节直流工作点，使得在指定Rs 下最优Rso=Rs 。

利用反馈电路实现噪声匹配

什么是正反馈和负反馈:

在放大电路中，若引入反馈，削弱净输入信号使电路中的放大倍数下降，输出信号变小，称为负反馈。反之，若引入反馈后，使电路放大倍数提高，输出信号变化增大，称为正反馈

为什么是负反馈：不是增益的需要，是稳定的需要

利用反馈电路实现噪声匹配

（1）根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。

电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。

电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。

（2）根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。 串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。

并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较

干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。从广义上讲，机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等等。

123231323

1233121121231,2,3321112/111o i t i o t i i i F F F P K K K P K K P K P P P K K K P P P P F P P K P K K P K K K P F F F F K K K =+++=⇒==+++--−−−−−−→=++将带入输出总噪声：放大器无噪声：