国立中兴大学物理系

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1、國立中興大學物理系大學部畢業論文高頻元件雜訊量測指導教授：孫允武教授研究學生：陳紫瑜撰學號：48754015中華民國九十一年六月1國立中興大學物理系大學部畢業論文高頻元件雜訊量測指導教授：孫允武教授研究學生：陳紫瑜撰學號：48754015中華民國九十一年六月2目錄簡介摘要第一章有關電雜訊⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31.1熱雜訊簡介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41.2射雜訊簡介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51.31/f雜訊簡介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61.4線性雜訊等效電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61.4.

2、1電阻雜訊等效電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61.4.2線性雙端雜訊電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7第二章儀器介紹⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82.1SR780(頻譜分析儀)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82.2自製低雜訊前級放大器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82.3TR4143(高頻頻譜分析儀)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8第三章數據分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯93.1熱雜訊⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯93.2SHOT雜訊⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯93.2.1串聯紅光LED的Shot

3、Noise⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯93.3低頻雜訊⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113.4高頻雜訊(NoiseFigure)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123.4.1高頻雜訊說明及計算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123.4.2儀器架設及數值量測⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143.4.3數值計算過程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153.4.4實際量測的過程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163.4.5量測結果與數據分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18第四章結語與未來方向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20參考資料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯20附錄A程式說明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯213圖表錄圖0.1雜訊透過傳輸端子傳送至元件或電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3圖1.1開路電壓雜訊示意圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4圖1.3理論上不同電阻值在295K的電壓雜訊圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5圖1.4電阻雜訊等效電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7圖1.5放大器雜訊等效電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7圖3.1單個前級放大器與兩個前級放大器做交互量測比較⋯⋯⋯⋯⋯⋯9表3.1兩種模組的表現比較表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9圖3.2Correlation量測

5、系統裝置簡圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10圖3.3Correlation量測系統等效電路圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10圖3.4Shot-Noise量測值和理論值以及紅光LED小訊號阻抗比較圖⋯⋯11圖3.5不同環境射雜訊（ShotNoise）的比較圖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11圖3.6量測系統在不同電流下1/Fnoise的表現⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12圖3.7(a)放大器的實際電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12圖3.7(b)電阻加放大器之等效電路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12表3.2Datasheet上的高頻放大器基本資料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14圖3.8儀

6、器本身之背景值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16圖3.9(a)10dBm的衰減器加上儀器的背景值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16圖3.9(b)20dBm的衰減器加上儀器背景值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17圖3.9(c)衰減器20dBm&10dBm的大小比較⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17表3.2量測的基本設定值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18圖3.10放大器ZRON-8G的掃瞄頻率對NoiseFigure關係圖及其線性回歸方程式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18圖3.11放大器ZJL–7G的掃瞄頻率對NoiseFigure關係圖及其線性回歸方程式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

7、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19圖3.12放大器ZJL–3G的掃瞄頻率對NoiseFigure關係圖及其線性回歸方程式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19表3.3量測數值與Datasheet上的NF比較結果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19附圖1低頻頻譜分析儀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22附圖2自製低雜訊前級放大器(詳情參照Reference1)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23附圖3TR4143高頻頻譜分析儀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯234簡介舉凡所有不希望接受到