第二讲 放大器的噪声源及噪声特性ppt课件.ppt

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1、微弱信号检测技术第二讲放大器的噪声源及噪声特性2.1电子系统内部的固有噪声源热噪声低频噪声(1/f)噪声散弹噪声g-r噪声半导体器件噪声分类噪声功率谱密度的频谱特性2.1.1热噪声及其表示1、热噪声概念热噪声是由导体中电荷载流子(自由电子)的随机热运动产生的,即电子不规则的热运动产生热噪声。一个电阻R上的热噪声均方值表示为热噪声谱密度（V2/Hz)用量子理论表示热噪声功率谱密度函数：电阻开路两端呈现的热噪声电压有效值为：2、电阻的热噪声等效实际的电阻可以等效为热噪声电压源Et与无噪声的理想电阻R的串连。也可等效为

2、热噪声电流源It与无噪声的理想电阻R的并连。热噪声图3、串/并联电阻的热噪声①两电阻串连因为两电阻的噪声是相互独立的，温度相同的两个电阻串联后的总等效噪声功率等于两电阻的等效噪声功率之和。②两电阻并联温度相同的两个电阻并联后的总等效噪声功率等于两电阻并联后等效阻值产生的的等效噪声功率。4、阻容并联的热噪声电阻并联一个电容（或是分布电容），其特性相当低通滤波器，输出噪声的带宽是有限的。电路的频率响应函数为：输出噪声的功率谱密度函数为：输出的噪声功率为：有效值为：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

3、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。R1>R2>R32.1.21/f噪声及其表示普遍存在于电子器件中，是由两种导体的接触点电导的随机涨落引起的。广义上来说，凡是噪声功率谱密度与频率成反比的随机涨落均可称为1/f噪声。在电子管中称为闪烁噪声，在电阻中称为过量噪声，在半导体中也称为接触噪声，也被称为粉红噪声。其噪声功率谱密度表示为：1/f噪声图1/f噪声的噪声谱如下图所示。在f1和f2频率间，1

4、/f噪声的功率为：在晶体管中，1/f噪声是由于载流子在半导体表面能态上产生与复合而引起的；在电阻中，1/f噪声是由于直流电流流过不连续介质而引起的。所以，对于一个实际电阻来说，除了有基本的热噪声外，还存在低频噪声。1/f噪声与频率有关，是非白噪声，主要影响低频区。2.1.3散粒噪声及其表示在半导体器件中，当电荷载流子扩散通过pn结或从阴极发射时，由于载流子运动速度的不一样引起电流波动，从而产生散粒噪声。即：散粒噪声是由于器件中电流的不平滑和不连续而引起的。散粒噪声电流的均方值表示为其谱密度可见为白噪声。2.1.4

5、g-r噪声及其表示（爆米花噪声）g-r噪声主要是由半导体材料或器件中的杂质与缺陷引起的。重金属原子污染是引起爆米花噪声的重要原因。在双极晶体管中，当载流子从发射极进入基区后，其中有一部分在基区复合成基极电流，另一部分则输送到集电极形成集电极电流。由于复合过程是随机的，表现出一定的涨落，于是引起了集电极电流的波动。这个波动电流称为分配电流噪声。在双极晶体管中，爆米花噪声以基极电流的一个阶跃变化形式出现。因此，双极运算放大器爆米花噪声通常表现为偏置电流噪声。由于这一原因，双极放大器中的爆米花噪声可能仅在高源阻抗应用中

6、出现。表示为可见为一高频噪声猝发噪声（爆裂噪声）的时域波形有时也称为炒玉米噪声2.2放大器的噪声系数和噪声温度噪声系数噪声温度功率增益级联放大器的噪声系数2.2.1放大器的噪声系数与噪声温度2.2.2放大器的噪声温度放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度Te来表征。噪声温度Te与噪声系数NF的关系为式中，T0为环境温度，通常取为293K。根据公式（2-1），可以计算出常用的噪声系数和与之对应的噪声温度，如表2-1所示。表2-1噪声系数和噪声温度关系NF(dB)0.10.20.30.40.50.60.70.80.91

7、.0NF1.0231.0471.0721.0961.1221.1481.1751.2021.2301.259Te(K)6.82513.8120.9628.2735.7543.4151.2459.2667.4775.87NF(dB)1.52.02.53.03.54.04.55.06.010NF1.4131.5851.7781.9952.2392.5122.8183.1623.98110.00Te(K)120.9171.3228.1291.6362.9442.9532.8633.5873.526372.2.3放大器的

8、功率增益2.2.4级联放大器的噪声系数例1：将3个放大器串联连接放大微小信号，它们的功率增益和噪声系数如下表所示。如何连接3个放大器才能使总的噪声系数最小？放大器功率增益/dB噪声系数NF/dBABCKA=10KB=12KC=20FA=1.6FB=2.0FC=4.0（作练习题）2.3放大器的噪声性能分析放大器的En-In模型放大器的噪声特性2.3.1放大器的En-In模型