第二章_小信號(hào)放大電路1

1、第第2章章 高頻小信號(hào)放大電路 （high frequency small signal amplifiers） 2.1 概述概述 定義：通信系統(tǒng)中，完成定義：通信系統(tǒng)中，完成選出及放大選出及放大淹沒(méi)在各種淹沒(méi)在各種 干擾中的微弱信號(hào)的電路稱為高頻小信號(hào)頻帶放干擾中的微弱信號(hào)的電路稱為高頻小信號(hào)頻帶放 大電路。大電路。 功能：放大功能和選頻功能功能：放大功能和選頻功能 電路模型組成：有源放大電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。電路模型組成：有源放大電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。 放大元件：晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或集成電路；放大元件：晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或集成電路； 選頻網(wǎng)絡(luò)：選頻網(wǎng)絡(luò)：LC選頻網(wǎng)絡(luò)或者聲表面濾波器、陶瓷、選頻網(wǎng)絡(luò)或者聲表

2、面濾波器、陶瓷、 石英晶體濾波器等。石英晶體濾波器等。 特特點(diǎn)點(diǎn)： 工工作作頻頻率率高高，中中心心頻頻率率幾幾百百 kHz幾幾百百 MHz 具具有有選選頻頻特特性性，一一般般負(fù)負(fù)載載采采用用諧諧振振回回路路 晶晶體體管管工工作作在在線線性性區(qū)區(qū)，可可看看成成線線性性元元件件，可可 用用有有源源四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)參參數(shù)數(shù)微微變變等等效效電電路路來(lái)來(lái)分分析析。 主主要要要要求求： （質(zhì)質(zhì)量量指指標(biāo)標(biāo)） 穩(wěn)穩(wěn)定定性性： 噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：希希望望放放大大器器本本身身產(chǎn)產(chǎn)生生的的噪噪聲聲越越小小越越好好，要要求求噪噪 聲聲系系數(shù)數(shù)接接近近 1。 以以上上這這些些要要求求相相互互之之間間即即有有聯(lián)聯(lián)系系

3、又又有有矛矛盾盾，例例如如 增增益益和和穩(wěn)穩(wěn)定定性性，通通頻頻帶帶和和選選擇擇性性等等。 Cbe rbb Cbc rbc rbe ube rcegm ube 2.2 晶體管的高頻小信號(hào)等效電路與高頻參數(shù)晶體管的高頻小信號(hào)等效電路與高頻參數(shù) 晶晶體體管管的的高高頻頻小小信信號(hào)號(hào)等等效效電電路路主主要要有有兩兩種種表表示示方方法法： 注注意意：C bc和和rbb的的存存在在對(duì)對(duì)晶晶體體管管的的高高頻頻運(yùn)運(yùn)用用的的十十分分不不利利的的。 Cbc將將輸輸出出交交流流電電流流反反饋饋到到輸輸入入端端，可可能能會(huì)會(huì)引引起起放放大大器器自自激激。 rbb在在共共基基電電路路中中會(huì)會(huì)引引起起高高頻頻負(fù)負(fù)載載反

4、反饋饋，降降低低晶晶體體管管的的電電流流放放大大系系數(shù)數(shù)。 e b r ce rbc ree Cbe Cbc rbb rbe c rcc b gm ube + u1 - + u2 - i1 i2 二二 Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 yieyoe yreuce yfeube 輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納 0u ce 2 oe be u i y 輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納 0u be b ie ce u i y + ube - + uce - ib ic 由由上上可可求求出出各各Y參參數(shù)數(shù): 注注意意：以以上上短短路路參參數(shù)數(shù)為為晶晶體體管管本本身身的的參參數(shù)數(shù)，只只與與晶晶體體管管的的特特征征有有關(guān)關(guān)， 與與外

5、外電電路路無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)，又又稱稱為為內(nèi)內(nèi)參參數(shù)數(shù)。 導(dǎo)納輸出短路時(shí)的正向轉(zhuǎn)輸 0u be c fe ce u i y 導(dǎo)納輸入短路時(shí)的反向轉(zhuǎn)輸 0u ce b re be u i y ceoebefec cerebeieb of ri uyuyi uyuyi uyuyi uyuyi 212 211 yieyoe yreuce yfeube 三三 混混合合 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路與與y參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換 四四個(gè)個(gè) y 參參數(shù)數(shù)都都是是復(fù)復(fù)數(shù)數(shù)，為為了了計(jì)計(jì)算算方方便便，可可表表示示為為： oeoeoe ieieie Cjgy Cjgy re fe j rere j fefe ey

6、y eyy Cie gie goe Coe bbebebbb ebeb ie rCj)gr1( Cjg y bbebebbb cbcb re rCj)gr1( Cjg y bbebebbb m fe rCj)gr1( g y bbebebbb ebcb mbbcbceoe rCj)gr1( Cjg grCjgy 四四 晶晶體體管管的的高高頻頻參參數(shù)數(shù) 1 截截止止頻頻率率 f 2 特特 征征 頻頻 率率 T f f 0 2/ 0 T f f 1 f f j1 0 2 0 ) f f (1 有有 3 最最高高振振蕩蕩頻頻率率 max f 定定義義：晶晶體體管管的的功功率率增增益益 1 p G 時(shí)

7、時(shí)的的工工作作頻頻率率為為 max f 可可以以證證明明： cbebbb m max CCr4 g 2 1 f 以以上上三三個(gè)個(gè)頻頻率率參參數(shù)數(shù)的的大大小小順順序序?yàn)闉椋?fff T max 。 2.3 晶體管諧振放大電路 一一、電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和工工作作原原理理 下下圖圖為為一一個(gè)個(gè)典典型型的的共共射射極極高高頻頻調(diào)調(diào)諧諧放放大大器器的的實(shí)實(shí)際際電電路路 1 直直 流流 偏偏 置置 電電 路路 Rb1 Rb2Re Ec 4 5 1 2 3 Rb1 Rb2 Re yL Cb Ce C B1 B2 VT L Ec 2 高高頻頻交交流流等等效效電電路路 放放大大電電路路由由三三部部分分組組成成

8、晶晶體體管管：T 輸出回路：輸出回路： LC 并聯(lián)諧振回路，并聯(lián)諧振回路， 輸出變壓器輸出變壓器 B2,及負(fù)載及負(fù)載 YL 3 2 1 5 4 B1 B2 C L yL VT 輸入回路輸入回路 輸出回路輸出回路 晶體管晶體管 4 5 1 2 3 Rb1 Rb2 Re yL Cb Ce C B1 B2 VT L Ec 3 2 1 5 4 yie yoe yreuceyfeube C yL L + u54 - 3 放放大大器器 Y 參參數(shù)數(shù)等等效效電電路路 其其中中： ieieie Cjgy oeoeoe Cjgy LLL Cjgy + u31 - + u21 - 3 2 1 5 4B1 B2 C

9、 L yL VT 3 2 1 5 4 yie yoe yreuceyfeube C yL L + u54 - + u31 - + u21 - yL YSyie yreuce yfeube yoe C iS C p1yfeube go yfeubeyoe YL yL yfeube yoe 把把晶晶體體管管集集電電極極回回路路 和和負(fù)負(fù)載載 L y 折折合合到到振振蕩蕩 回回路路兩兩端端 bei o u u up u u A 312 31254o upuu + u54 - Lj Cjg uyp u befe 1 1 31 + u31 - 其其 中中 ： L 2 2oe 2 1 L 2 2oe 2

10、1o CpCpCC gpgpgg LLL oeoeoe Cjgy Cjgy ) f f2 jQ1(g ypp Lj 1 Cjg ypp A o L fe21fe21 u + u31 - p1yfeube p1yfeube + u31 - p1yfeube yL YSyie yreuce yfeube yoe C iS C p1yfeube go ) f f2 jQ1(g ypp Lj 1 Cjg ypp A o L fe21fe21 u 其其中中： LC fo 2 1 為為調(diào)調(diào)諧諧放放大大器器的的諧諧振振頻頻率率。 另外（常用） ，當(dāng)諧振時(shí)，另外（常用） ，當(dāng)諧振時(shí)， o ff ， 0 f +

11、 u31 - 由由上上式式可可以以看看出出：一一般般情情況況下下，放放大大 器器在在回回路路調(diào)調(diào)諧諧時(shí)時(shí)，輸輸出出電電壓壓與與輸輸入入電電壓壓之之 間間的的相相位位差差并并不不是是180o。 ) 2 1 ( 1 2121 o L fefe v f f jQg ypp Lj Cjg ypp A Loeo fefe o gpgpg ypp g ypp A 2 2 2 1 2121 歸歸一一化化電電壓壓增增益益為為： 2 2 o L o1 1 ) f f2 Q(1 1 A A 為為放放大大器器諧諧振振曲曲線線。 o A A 如如果果令令 2 1 1 1 2 o A A 即即可可求求出出放放大大器器的

12、的通通頻頻帶帶為為： L o 7.0 Q f f2B 可可見(jiàn)見(jiàn)：QL B 1 B Cf ypp g ypp A fefe vo 7 . 0 2121 4 Cf f f Cf Q C g o o L o 7 . 0 7 . 0 4 2 2 C ypp fA fe vo 2 2 21 7 . 0 L o Q f fB 7 . 0 2 o A A 1 7 . 0 f2 如如果果令令 1 . 0 2 1 1 1 . 0 1 . 0 o L o f f Q A A 可可 得得 ： L o2 1.0 Q f 110f2 有有 195. 9110k 2 1 . 0 說(shuō)說(shuō)明明諧諧振振曲曲線線與與矩矩形形相相差

13、差較較遠(yuǎn)遠(yuǎn)，選選擇擇性性較較差差，這這是是單單調(diào)調(diào)諧諧放放大大器器 的的缺缺點(diǎn)點(diǎn)。 1 .0 f2 例例7 一中頻放大器線路如圖所示，已知放大器工作頻率 為 ，回路電容 ，中頻變壓器接入系 數(shù) ， ，線圈品質(zhì)因數(shù) 。 晶體管的Y參數(shù)（在工作頻率上）為: ， ， ， ， 。設(shè)后級(jí)輸入電導(dǎo)仍為 ，求： （1）回路有載品質(zhì)因數(shù)和通頻帶； （2）放大器電壓增益； （3）中和電容 0 10.7fMHz50CpF 11 /0.35pNN 22 /0.03pNN 0 100Q 1.0 ie GmS41 ie CpF 180 re YjS 40 fe YmS 4.3 oe CpF 45 oe GS ie G

14、N C CRQ 0L cb C 題意分析題意分析：本題是小信號(hào)放大器分析的基本題。由于圖中只有一個(gè)諧振 回路，屬于單調(diào)諧回路，根據(jù) 即可計(jì)算，但要注意的是： 公式中C等效到回路中的總電容，g為等效到回路中的總電導(dǎo) 由于采 用了中和電路，計(jì)算增益時(shí)應(yīng)認(rèn)為放大器本身是穩(wěn)定，而且不必考慮由 引起的反饋。本題的關(guān)鍵在于回路中的總電容、總電阻到 底由哪些元件組成的。 K C Q R8 .29 1050107 .1014. 32 100 126 0 0 0 解解：（1）由于 為回路的總電容，R為回路的總電阻。 C R包括三個(gè)部分組成：回路本身的損耗以及三極管輸出電阻和 后級(jí)輸入阻抗等效到回路中的損耗?；芈?/p>

15、本身的損耗，即回路本 身的并聯(lián)諧振電阻為 晶體管輸出電阻折合到回路兩端的電阻為 K Gp R oe oe 4 .181 104535. 0 11 622 1 下一級(jí)輸入電阻折合到回路兩端的電阻為 K Gp R ie ie 1 .1111 100 . 103. 0 11 322 2 則回路兩端總電阻為 KRRRR oeieL 0 .25/ 同樣，可以求得回路總電容為： pF CpCpCCCCC oeieoeie 54.503 . 435. 04103. 050 22 2 1 2 2 因此 9 .8410251054.50107 .1014. 32 3126 0 R CQL KHz Q f B L

16、 126 9 .84 107 .10 6 0 7 . 0 （2）諧振時(shí)的電壓增益為 3 210 102503. 035. 0 RYppA feu 討論討論：本題中回路中的總電容是由回路本身的電容C以及三極管的輸入電 容、輸出電容分別折合到回路中構(gòu)成的，應(yīng)注意電容的折合與電阻、電感 是不同的；回路的總電阻包括回路本身的諧振電阻以及三極管的輸入電阻、 輸出電阻分別折合到回路中三個(gè)部分。在不同的應(yīng)用時(shí)，等效所包含的內(nèi) 容是不一樣的，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。 pFC NN NN C NN N C cbcbN 44. 168. 2 65. 0 35. 0 /1 / 1 1 1 1 （3） 三、多級(jí)單調(diào)諧放大

17、器 設(shè)設(shè)放放大大器器有有 n 級(jí)級(jí)，各各級(jí)級(jí)的的電電壓壓增增益益分分別別為為un3u2u1u AA,A,A ， 則則總總電電壓壓增增益益n A 為為：un3u2u1un AAAAA 而而諧諧振振時(shí)時(shí)的的電電壓壓總總增增益益為為：n0u03u02u01u0n AAAAA Au1Au2Aun 12n 1 L o n n n Q f fB122 1 7 . 0 2 2 2 2 0 7 .0 001 1 0 1 1 2 1 1 n n L n u u n u u n n f f Q A A A A A A 歸歸一一化化電電壓壓增增益益為為： 多諧調(diào)諧放大器縮小系數(shù)與級(jí)數(shù)的關(guān)系多諧調(diào)諧放大器縮小系數(shù)與級(jí)

18、數(shù)的關(guān)系 級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)n12345678 1.00.640.510.430.390.350.320.3 12 1 n 從上述分析可知，從上述分析可知，通頻帶越寬，每級(jí)的增益就越小，通頻帶越寬，每級(jí)的增益就越小， 對(duì)于單級(jí)諧振放大器來(lái)說(shuō)，增益和通頻帶的矛盾是一個(gè)嚴(yán)對(duì)于單級(jí)諧振放大器來(lái)說(shuō)，增益和通頻帶的矛盾是一個(gè)嚴(yán) 重問(wèn)題，特別是對(duì)高增益寬頻帶的放大器來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題重問(wèn)題，特別是對(duì)高增益寬頻帶的放大器來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題 更為突出。更為突出。 1100 Q f f2 n 1 L 0 1.0 12 1100 1 1 1.0 n n K （2）n級(jí)放大器的矩形系數(shù)級(jí)放大器的矩形系數(shù) 級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)n123456789

19、10 Kr0.19.954.903.743.403.203.103.002.932.892.852.56 表表 單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級(jí)數(shù)關(guān)系單調(diào)諧放大器矩形系數(shù)與級(jí)數(shù)關(guān)系 圖示電路為一單調(diào)諧回路中頻放大器，晶體管3DG6C 的直流工作點(diǎn)是 V CE 8V， I E 2 mA；工作頻率 f 0 10.7 MHz；調(diào)諧回路采用中頻變壓器L 13 4H， Q 0 100，其抽頭為 N 12 5 圈， N 13 = 20圈， N 45 = 5圈。已知晶體管參數(shù) 如下： g ie 2860 S； C ie 18 pF ；goe 200S； C oe 7pF； y fe 45mS； ? fe 54 o；

20、y re 0.31 mS； ? re 88.5 o 試計(jì)算放大器的： 1）單級(jí)電壓增益 A v0 ；2）單級(jí)通頻帶2 f 0.7 ；3）四級(jí)的總電壓增益（A V0 ）4 4）四級(jí)的總通頻帶 （2 f 0.7）4 5）如四級(jí)的總通頻帶 保持和單級(jí)的通頻帶2f 0.7 相同， 則單級(jí)的通頻帶應(yīng)加寬多少？四級(jí)的總電壓增益下降多少？此時(shí)，單級(jí) 放大器的負(fù)載回路應(yīng)并聯(lián)上一個(gè)多大的電阻？ yie yreuceyfeube yoe YS yL 2.4 諧振放大器的穩(wěn)定性諧振放大器的穩(wěn)定性 實(shí)際上實(shí)際上yre0，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，即輸出電壓可以反饋到輸入端，引起輸入電流的變化，

21、從而可能使放大器工作不穩(wěn)定。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼?，且在相位上滿從而可能使放大器工作不穩(wěn)定。如果這個(gè)反饋?zhàn)銐虼螅以谙辔簧蠞M 足正反饋條件，則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。足正反饋條件，則會(huì)出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象。 1. 共發(fā)射極放大器的最大共發(fā)射極放大器的最大 穩(wěn)定增益穩(wěn)定增益 ube uce 由于內(nèi)反饋的存在，在放大由于內(nèi)反饋的存在，在放大 器的輸入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓器的輸入端將產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓 ube，定義穩(wěn)定系數(shù)，定義穩(wěn)定系數(shù)S: Sube(j)ube(j) ube(j)= - - yreuce/ (YS+ yie)= - - yreuce/ y1 uce(j)= - - yfeube/ (yL+ yo

22、e)= - - yfeube/ y2 Sube(j)ube(j)= y1 y2/ yfeyre 當(dāng)晶體管的工作頻率遠(yuǎn)低于特征頻率當(dāng)晶體管的工作頻率遠(yuǎn)低于特征頻率fT時(shí)時(shí): : yfe|yfe|gm , yrejCbc，re90o 經(jīng)推導(dǎo)得放大器的電壓增益與穩(wěn)定系數(shù)經(jīng)推導(dǎo)得放大器的電壓增益與穩(wěn)定系數(shù)S的平方根成反比的平方根成反比: cbo m uo 2 CS g A 當(dāng)取當(dāng)取S=1時(shí)，稱為臨界穩(wěn)定，其電壓增益稱為臨界穩(wěn)定電壓增益。時(shí)，稱為臨界穩(wěn)定，其電壓增益稱為臨界穩(wěn)定電壓增益。 實(shí)際中常取實(shí)際中常取S=5，此時(shí)電壓增益稱為最大穩(wěn)定增益。即為，此時(shí)電壓增益稱為最大穩(wěn)定增益。即為 cbo m ma

23、x uo 5 . 2 C g A Sube(j)ube(j)= y1 y2/ yfeyre 當(dāng)當(dāng)S為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明為正實(shí)數(shù)時(shí)，表明ube(j)ube(j)同相，滿足自激振蕩的相位條件。同相，滿足自激振蕩的相位條件。 當(dāng)當(dāng)|S |1時(shí)，時(shí)，|ube(j)| ube(j)|，不滿足振幅條件，放大器不會(huì)自激；，不滿足振幅條件，放大器不會(huì)自激； 當(dāng)當(dāng)| |S S |1 |1時(shí)，放大器不穩(wěn)定。時(shí)，放大器不穩(wěn)定。 為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級(jí)放大器通常選為使放大器遠(yuǎn)離自激狀態(tài)而穩(wěn)定地工作，單級(jí)放大器通常選|S |510。 2. 提高放大器的穩(wěn)定性的方法提高放大器的穩(wěn)定性的方法 一是從晶體管本身

24、想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納一是從晶體管本身想辦法，減小其反向傳輸導(dǎo)納yre的值。的值。 二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化，二是從電路上設(shè)法消除晶體管的反向作用，使它單向化， 具體方法有中和法與失配法。具體方法有中和法與失配法。 中和法通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加中和法通過(guò)在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加 的外部反饋電路的外部反饋電路(中和電路中和電路)，來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)，來(lái)抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)yre的反饋的反饋 作用。作用。 CN C L2 L1 VT2 VT1 EC C L1 L2 VT1 VT2 CN Cbc iN if 具體線路：具體線路： A

25、L1 L2 B Cbc CN Vi + + 0 V NC C L L 1 1 bc 2 1 cb 2 1 cb 2 1 N C N N C L L C 用一個(gè)電容用一個(gè)電容CN來(lái)抵消來(lái)抵消yre的虛部的虛部(反饋電容反饋電容)的影響，就可達(dá)到中和的目的。的影響，就可達(dá)到中和的目的。 固定的中和電容固定的中和電容CN只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用，對(duì)其只能在某一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用，對(duì)其 它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。它頻率只能有部分中和作用。中和電路的效果很有限。 電橋平衡時(shí)，電橋平衡時(shí)，CD兩端的回路電壓兩端的回路電壓 不會(huì)反映到不會(huì)反映到AB兩端兩端, 即對(duì)應(yīng)

26、兩邊阻抗之比相等。即對(duì)應(yīng)兩邊阻抗之比相等。 B A Vi CN + Vo Cbc C D L1 L2 例例 失配法失配法 Loe refe iei Yy yy yY sie fere oe0 yy yy yY ies yy ie refe oe0 y yy yY BG1 Yg yfbyqb Yib Y0=y0b yiyie YL 失 配 BG2 復(fù) 合 管 信號(hào)源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端信號(hào)源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端 負(fù)載阻抗不與本級(jí)晶體管的輸出阻抗匹配。負(fù)載阻抗不與本級(jí)晶體管的輸出阻抗匹配。 原理：由于阻抗不匹配，輸出電壓減小，反饋到輸入原理：由于阻抗不匹配，

27、輸出電壓減小，反饋到輸入 電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。電路的影響也隨之減小。使增益下降，提高穩(wěn)定性。 使使Yi = yie，即使后項(xiàng)，即使后項(xiàng)0，則必須加大，則必須加大Y L oeL yy 晶體管實(shí)現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法晶體管實(shí)現(xiàn)單向比，只與管子本身參數(shù)有關(guān)，失配法 一般采用共發(fā)一共基級(jí)聯(lián)放大一般采用共發(fā)一共基級(jí)聯(lián)放大. 則則 中和法與失配法比較中和法與失配法比較 中和法：中和法： 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，增益高優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，增益高 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 只能在一個(gè)頻率上完全中和，不適合寬帶只能在一個(gè)頻率上完全中和，不適合寬帶 因?yàn)榫w管離散性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于因?yàn)榫w管離散

28、性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于 批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)。 采用中和對(duì)放大器由于溫度等原因引起各種參采用中和對(duì)放大器由于溫度等原因引起各種參 數(shù)變化沒(méi)有改善效果。數(shù)變化沒(méi)有改善效果。 失配法：失配法： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響； 頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作； 生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。 缺點(diǎn)：增益低。缺點(diǎn)：增益低。 2.5 集中選頻放大器集中選頻放大器 2.5.1 集中選頻放大器的組成集中選頻放大器的組成 2.5.2 2.5.2 集中選頻濾波器集中選頻濾波器 1

29、） 石英晶體的物理特性：石英晶體的物理特性： 石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成分是石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成分是 SiO2，其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖，其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖(a)表示自然結(jié)晶體，圖表示自然結(jié)晶體，圖 (b)表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據(jù)石英晶體的表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據(jù)石英晶體的 物理特性，在石英晶體內(nèi)畫出三種幾何對(duì)稱軸，連接兩個(gè)角物理特性，在石英晶體內(nèi)畫出三種幾何對(duì)稱軸，連接兩個(gè)角 錐頂點(diǎn)的一根軸錐頂點(diǎn)的一根軸ZZ，稱為光軸，在圖，稱為光軸，在圖(b)中沿對(duì)角線的三條中沿對(duì)角線的三條 XX軸，稱為電軸，與電軸相

30、垂直的三條軸，稱為電軸，與電軸相垂直的三條YY軸，稱為機(jī)械軸。軸，稱為機(jī)械軸。 Y X1 X Y Z Y Y X X Y Y X X Y Y X X (a) (b) 1 1 石英晶體濾波器石英晶體濾波器 沿著不同的軸切下，有不同的切型，沿著不同的軸切下，有不同的切型，X切型、切型、Y切型、切型、AT切切 型、型、BT、CT等等。等等。 石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一 電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反 過(guò)來(lái)，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能過(guò)來(lái)，

31、當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能 性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。 石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在 著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等 時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。 2）石英晶體振諧器的等效電路和符號(hào)石英晶體振諧器的等效電路和符號(hào) 石英片相當(dāng)一個(gè)石英片相當(dāng)一個(gè)串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路，可用，可用 集中參數(shù)集中參數(shù)L Lq q、C Cq q、r rq q來(lái)模擬，來(lái)模擬，L

32、Lq q為晶體的為晶體的 質(zhì)量（慣性），質(zhì)量（慣性），C Cq q 為為等效彈性模數(shù)等效彈性模數(shù)，r rg g 為機(jī)械振動(dòng)中的為機(jī)械振動(dòng)中的摩擦損耗摩擦損耗。 右圖表示石英諧振器的基頻等效電路。右圖表示石英諧振器的基頻等效電路。 電容電容C C0 0稱為石英諧振器的靜電容。其稱為石英諧振器的靜電容。其 容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。 一般一般C C0 0在幾在幾PF PF 幾十幾十PFPF。式中。式中 石英石英 介電常數(shù)，介電常數(shù)，s s 極板面積，極板面積，d d 石英片厚石英片厚 度度 d s C 0 0 q C C p C0 rq Cq Lq J

33、T b a r q L q C q C o a b 石英晶體的特點(diǎn)是：石英晶體的特點(diǎn)是： 等效電感等效電感L Lq q特別大、等效電容特別大、等效電容C Cq q特別小，因此，石英晶特別小，因此，石英晶 體的體的Q值值 很大，一般為幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。這是很大，一般為幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。這是 普通普通LCLC電路無(wú)法比擬的。電路無(wú)法比擬的。 由于由于 ，這意味著等效電路中的接入系數(shù)很小，這意味著等效電路中的接入系數(shù)很小, , 因此外電路影響很小。因此外電路影響很小。 q q q q 1 C L r Q q0 CC 3）. 石英諧振器的等效電抗（阻抗特性）石英諧振器的等效電抗（阻抗特性） 石英晶體有兩個(gè)諧振

34、角頻率。一個(gè)是左邊支路的石英晶體有兩個(gè)諧振角頻率。一個(gè)是左邊支路的串聯(lián)諧振角串聯(lián)諧振角 頻率頻率 q，即石英片本身的，即石英片本身的自然角頻率自然角頻率。另一個(gè)為石英諧振器的。另一個(gè)為石英諧振器的 并聯(lián)諧振角頻率并聯(lián)諧振角頻率 p。 串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率 qq q 1 CL CL CC CC L q q0 q0 q p 11 很接近因此,由于 qp0qqp 與CC顯然顯然 接入系數(shù)接入系數(shù)p很小，一般為很小，一般為10-3數(shù)量級(jí)，所以數(shù)量級(jí)，所以 p與與 q很接近。很接近。 P C C 11 q 0 q qp 0q qq q qq 00 21 21 0 11 11

35、 C j) C L( jr ) C L( jr C j zz zz z 上式忽略上式忽略 r rq q 后可簡(jiǎn)化為后可簡(jiǎn)化為 當(dāng)當(dāng) = q時(shí)時(shí)z0 = 0 Lq、Cq串諧諧振，當(dāng)串諧諧振，當(dāng) = p，z0 = ，回，回 路路并諧諧振并諧諧振。 當(dāng)當(dāng) 為為容性容性。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), ,jx0 為為感性感性。其電抗曲線如上圖所示。其電抗曲線如上圖所示。 22 p 22 q 0 00 /1 /1 1 C jjxz 0qp ,時(shí),jx qp xo 容性 O 容性 q p 感 性 22 22 0 2 1 1 1 / / C L p q e 并不等于石英晶體片本身的等效電感并不等于石英晶體片本身的等效電感L

36、q。 石英晶體濾波器工作時(shí)，石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間石英晶體濾波器工作時(shí)，石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間 感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。 必須指出，在必須指出，在 q q與與 p p的角頻率之間，諧振器所呈現(xiàn)的角頻率之間，諧振器所呈現(xiàn) 的等效電感的等效電感 2.2.陶瓷濾波器陶瓷濾波器 利用某些陶瓷材料的壓電效應(yīng)構(gòu)成的濾波器，稱為陶利用某些陶瓷材料的壓電效應(yīng)構(gòu)成的濾波器，稱為陶 瓷濾波器。它常用鋯鈦酸鉛瓷濾波器。它常用鋯鈦酸鉛Pb(zrTi)O3壓電陶瓷材料（簡(jiǎn)壓電陶瓷材料（簡(jiǎn) 稱稱PZT）制成。）制成。 這種陶瓷片的兩面用銀作為電極，經(jīng)過(guò)直流高壓極化之這種

37、陶瓷片的兩面用銀作為電極，經(jīng)過(guò)直流高壓極化之 后具有和石英晶體相類似的壓電效應(yīng)。后具有和石英晶體相類似的壓電效應(yīng)。 優(yōu)點(diǎn)：容易焙燒，可制成各種形狀；適于小型化；且耐優(yōu)點(diǎn)：容易焙燒，可制成各種形狀；適于小型化；且耐 熱耐濕性好。熱耐濕性好。 它的等效品質(zhì)因數(shù)它的等效品質(zhì)因數(shù)QL為幾百，比石英晶體低但比為幾百，比石英晶體低但比LC濾濾 波高。波高。 s f p f 11 2 1 CL 01 01 1 2 1 CC CC L 3）三端陶瓷濾波器）三端陶瓷濾波器 聲表面波濾波器應(yīng)用實(shí)例：聲表面波濾波器應(yīng)用實(shí)例： V1是預(yù)中放部分，起前置放大作用； Z1為SAWF起集中選頻作用； TA7680AP為彩電

38、圖像中頻放大器IC。 2.6 電噪聲電噪聲 2.6.1 概述概述 2.6.2 噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)噪聲的來(lái)源和特點(diǎn) 2.6.3 噪聲系數(shù)計(jì)算方法噪聲系數(shù)計(jì)算方法 2.6.1 概概 述述 噪聲是一種噪聲是一種隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)，其頻譜分布于整個(gè)無(wú)線電工作頻，其頻譜分布于整個(gè)無(wú)線電工作頻 率范圍，因此它是影響各類收信機(jī)性能的主要因素之一。率范圍，因此它是影響各類收信機(jī)性能的主要因素之一。 干擾與噪聲的分類如下：干擾與噪聲的分類如下： 干擾一般指外部干擾，可分為干擾一般指外部干擾，可分為自然自然的和的和人為人為的干擾。的干擾。 自自 然干擾有天電干擾、宇宙干擾和大地干擾等。然干擾有天電干擾、宇宙干擾和大地

39、干擾等。 人為干擾主人為干擾主 要有工業(yè)干擾和無(wú)線電器的干擾。要有工業(yè)干擾和無(wú)線電器的干擾。 噪聲一般指內(nèi)部噪聲，也可以分為自然的和人為的噪聲。噪聲一般指內(nèi)部噪聲，也可以分為自然的和人為的噪聲。 本章主要討論本章主要討論自然噪聲自然噪聲，對(duì)工業(yè)干擾和天電干擾只做簡(jiǎn)略的，對(duì)工業(yè)干擾和天電干擾只做簡(jiǎn)略的 說(shuō)明。說(shuō)明。 2.6.2 噪聲的來(lái)源和特點(diǎn)噪聲的來(lái)源和特點(diǎn) 理論上說(shuō)，任何電子線路都有電子噪聲，但是因?yàn)橥ǔ＠碚撋险f(shuō)，任何電子線路都有電子噪聲，但是因?yàn)橥ǔ?電子噪聲的強(qiáng)度很弱，因此它的影響主要出現(xiàn)在有用信號(hào)比電子噪聲的強(qiáng)度很弱，因此它的影響主要出現(xiàn)在有用信號(hào)比 較弱的場(chǎng)合，在電子線路中，噪聲來(lái)源

40、主要有兩方面：較弱的場(chǎng)合，在電子線路中，噪聲來(lái)源主要有兩方面： 電電 阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲，兩者有許多相同的特性。阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲，兩者有許多相同的特性。 1 1 電阻的熱噪聲電阻的熱噪聲 電阻由導(dǎo)體等材料組成，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在一定的溫電阻由導(dǎo)體等材料組成，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在一定的溫 度下總是處于度下總是處于“無(wú)規(guī)則無(wú)規(guī)則”的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種熱運(yùn)動(dòng)的方向的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種熱運(yùn)動(dòng)的方向 和速度都是隨機(jī)的。和速度都是隨機(jī)的。 自由電子的熱騷動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)形成非常自由電子的熱騷動(dòng)在導(dǎo)體內(nèi)形成非常 弱的電流。弱的電流。 由于en呈現(xiàn)正態(tài)分布，所以又稱其為高斯噪聲 電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有

41、極寬的頻譜，電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有極寬的頻譜， 從零頻一直延伸到從零頻一直延伸到10-13Hz以上的頻率，而且它的各個(gè)頻以上的頻率，而且它的各個(gè)頻 率分量的強(qiáng)度是相等的。率分量的強(qiáng)度是相等的。 這種頻譜與白色光的光譜類這種頻譜與白色光的光譜類 似，因此將具有均勻連續(xù)的噪聲叫做似，因此將具有均勻連續(xù)的噪聲叫做白噪聲白噪聲，電阻的熱，電阻的熱 噪聲就是一種白噪聲。噪聲就是一種白噪聲。 kTBRdte T LimE n T n 4 1 2 0 2 1) 熱噪聲電壓和功率譜密度熱噪聲電壓和功率譜密度 )/(4 )/(4 2 2 HzAkTGS HzVkTRS I U 在單位頻帶內(nèi)，電阻所產(chǎn)生

42、的熱噪聲電壓的均方值為在單位頻帶內(nèi)，電阻所產(chǎn)生的熱噪聲電壓的均方值為 噪聲功率譜密度噪聲功率譜密度 式中，k為玻耳茲曼常數(shù)，為1.3810-23 J/K；T 為熱力學(xué)溫度，單位為K， R R (理想) E 2 n 4kTBR G I 2 n 4kTBG (a)(b) 電阻熱噪聲等效電路電阻熱噪聲等效電路 2) 線性電路中的熱噪聲線性電路中的熱噪聲 )(4 21 2 2 2 1 2 RRkTBEEE nnn 電阻熱噪聲通過(guò)兩電阻串聯(lián) dfSE SjHS Uon UiUo 0 2 2 )( |H(j)|2 U 2 i SUi U 2 o SUo 熱噪聲通過(guò)線路電路 結(jié)論：對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功

43、率譜密度等效為結(jié)論：對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為 網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。 eU kTRS4 0 L rC L r C SUi 4kTr Re Xe (a)(b)(c) SUo 例：并聯(lián)回路的熱噪聲 kTr ) C L(r ) C ( kTr Cj Ljr Cj S)j(HS UiUo 4 1 1 4 1 1 22 2 2 2 并聯(lián)回路可以等效為并聯(lián)回路可以等效為Re+jXe（圖（圖（c）,現(xiàn)在看上現(xiàn)在看上 述輸出噪聲譜密度與述輸出噪聲譜密度與Re、 Xe的關(guān)系。的關(guān)系。 22 2 1 1 1 1 ) C L(r r) C (

44、 R C j)Ljr( )Ljr( C j jXR e ee 展開(kāi)化簡(jiǎn)后得 對(duì)比, 可得 eU kTRS4 0 結(jié)論：對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為結(jié)論：對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為 網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。網(wǎng)絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度。 輸出端的均方噪聲電壓為輸出端的均方噪聲電壓為 Q f kTR fd f f Q R kT fkTrd f f Q Cr fdSdfSE oo UUn 2 4 )2(1 4 4 )2(1 )( 1 0 0 2 0 0 2 0 2 0 2 31 /)(RRRR S 例例9 求如圖所示網(wǎng)絡(luò)輸出至負(fù)載電阻RL上的噪聲功

45、率和 額定噪聲功率。 題意分析：題意分析：本題所涉及的網(wǎng)絡(luò)為純電阻 網(wǎng)絡(luò)，討論噪聲問(wèn)題肯定是熱噪聲問(wèn)題。 從題意來(lái)看，是要求純電阻網(wǎng)絡(luò)的熱噪聲 功率。熱噪聲功率與噪聲均方電壓或均方 電流有關(guān)，計(jì)算十分簡(jiǎn)單。需要注意的是 ，均方噪聲電壓或電流是交流形式的均方 值另外，ES為信號(hào)源而非噪聲源。 解：解：網(wǎng)絡(luò)總的等效電阻為 2 n E 討論：（1）對(duì)于純電阻網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)電阻產(chǎn)生的熱噪聲大小等效為網(wǎng) 絡(luò)的總等效電阻產(chǎn)生的熱噪聲（包括均方噪聲電壓、電流或功率）。 （2）純電阻網(wǎng)絡(luò)或電阻產(chǎn)生的最大噪聲功率，即額定噪聲功率為 kTB。 （3）對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的熱噪聲功率譜密度等效為網(wǎng)絡(luò)的總等效 電阻產(chǎn)生的熱噪

46、聲功率譜密度，其均方噪聲電壓帶寬由線性系統(tǒng)的帶寬 決定。 網(wǎng)絡(luò)輸出的噪聲功率為網(wǎng)絡(luò)輸出的噪聲功率為 kTB )R( TBkR U P max 2 2 2 4 2 2 2 22 4 4 )RR( TBkRR R kTBR ) RR R ( R E ) RR R (R) RR E (P L L L L L L n L L L L n Uo maxUUL PP,RR達(dá)到最大值匹配時(shí)時(shí)當(dāng) 2 n E 2 2 二極管的噪聲二極管的噪聲 晶體二極管工作狀態(tài)可分為晶體二極管工作狀態(tài)可分為正偏正偏和和反偏反偏兩種。兩種。 正偏使用時(shí)，主要是直流通過(guò)正偏使用時(shí)，主要是直流通過(guò)pn結(jié)時(shí)產(chǎn)生結(jié)時(shí)產(chǎn)生散粒噪聲散粒噪聲

47、。 反偏使用時(shí)，因反向飽和電流很小，故其產(chǎn)生的散粒噪反偏使用時(shí)，因反向飽和電流很小，故其產(chǎn)生的散粒噪 聲也小，如果達(dá)到反向擊穿（如穩(wěn)壓管），又分兩種情況：聲也小，如果達(dá)到反向擊穿（如穩(wěn)壓管），又分兩種情況： 齊納擊穿二極管齊納擊穿二極管主要是散粒噪聲，個(gè)別的有主要是散粒噪聲，個(gè)別的有1/f噪聲噪聲(閃爍噪閃爍噪 聲聲)。 雪崩擊穿二極管的噪聲較大，除有散粒噪聲，還有多雪崩擊穿二極管的噪聲較大，除有散粒噪聲，還有多 態(tài)噪聲，即其噪聲電壓在兩個(gè)或兩個(gè)以上不同電平上進(jìn)行隨態(tài)噪聲，即其噪聲電壓在兩個(gè)或兩個(gè)以上不同電平上進(jìn)行隨 機(jī)轉(zhuǎn)換，不同電平可能相差若干個(gè)毫伏。機(jī)轉(zhuǎn)換，不同電平可能相差若干個(gè)毫伏。 這

48、種多電平工作這種多電平工作 是由于結(jié)片內(nèi)雜質(zhì)缺陷和結(jié)寬的變化所引起。是由于結(jié)片內(nèi)雜質(zhì)缺陷和結(jié)寬的變化所引起。 硅二極管工作電壓在硅二極管工作電壓在4V以下是齊納二極管，以下是齊納二極管，7V以上的是以上的是 雪崩二極管，雪崩二極管，4V7V之間兩種二極管都有。之間兩種二極管都有。 為了低噪聲使為了低噪聲使 用，最好選用低壓齊納二極管。用，最好選用低壓齊納二極管。 3 3 晶體三極管的噪聲晶體三極管的噪聲 晶體三極管的噪聲是設(shè)備內(nèi)部固有噪聲的另一個(gè)重要來(lái)晶體三極管的噪聲是設(shè)備內(nèi)部固有噪聲的另一個(gè)重要來(lái) 源。源。 一般說(shuō)來(lái)，在一個(gè)放大電路中，晶體三極管的噪聲往一般說(shuō)來(lái)，在一個(gè)放大電路中，晶體三極管

49、的噪聲往 往比電阻熱噪聲強(qiáng)得多，在晶體三極管中，除了其中某些往比電阻熱噪聲強(qiáng)得多，在晶體三極管中，除了其中某些 分布，如基極電阻分布，如基極電阻rbb會(huì)產(chǎn)生熱噪聲外，還有以下幾種噪聲會(huì)產(chǎn)生熱噪聲外，還有以下幾種噪聲 來(lái)源。來(lái)源。 1).散彈（粒）噪聲散彈（粒）噪聲 在晶體管的在晶體管的PN結(jié)中（包括二極管的結(jié)中（包括二極管的PN結(jié)），每個(gè)載流結(jié)），每個(gè)載流 子都是隨機(jī)地通過(guò)子都是隨機(jī)地通過(guò)PN結(jié)的（包括隨機(jī)注入、隨機(jī)復(fù)合）。結(jié)的（包括隨機(jī)注入、隨機(jī)復(fù)合）。 大量載流子流過(guò)結(jié)時(shí)的平均值（單位時(shí)間內(nèi)平均）決定了它大量載流子流過(guò)結(jié)時(shí)的平均值（單位時(shí)間內(nèi)平均）決定了它 的直流電流的直流電流I0，因此真

50、實(shí)的結(jié)電流是圍繞，因此真實(shí)的結(jié)電流是圍繞I0起伏的。起伏的。 這種由這種由 于載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱為于載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱為散彈噪聲散彈噪聲，或，或散粒噪散粒噪 聲聲。 因?yàn)樯椩肼暫碗娮锜嵩肼暥际前自肼暎懊骊P(guān)于熱噪因?yàn)樯椩肼暫碗娮锜嵩肼暥际前自肼?，前面關(guān)于熱噪 聲通過(guò)線性系統(tǒng)的分析對(duì)散彈噪聲也完全適用。聲通過(guò)線性系統(tǒng)的分析對(duì)散彈噪聲也完全適用。 這包括均這包括均 方相加的原則，通過(guò)四端網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算以及等效噪聲帶寬等。方相加的原則，通過(guò)四端網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算以及等效噪聲帶寬等。 晶體管中有發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，因?yàn)榘l(fā)射結(jié)工作于正偏，晶體管中有發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，因?yàn)榘l(fā)射結(jié)工作于正偏， 結(jié)電

51、流大。結(jié)電流大。 而集電結(jié)工作于反偏，除了基極來(lái)的傳輸電流而集電結(jié)工作于反偏，除了基極來(lái)的傳輸電流 外，只有反向飽和電流（它也產(chǎn)生散彈噪聲）。外，只有反向飽和電流（它也產(chǎn)生散彈噪聲）。 因此發(fā)射因此發(fā)射 結(jié)的散彈噪聲起主要作用，而集電結(jié)的噪聲可以忽略。結(jié)的散彈噪聲起主要作用，而集電結(jié)的噪聲可以忽略。 晶體管中通過(guò)發(fā)射結(jié)的少數(shù)載流子，大部分由集電極收集，晶體管中通過(guò)發(fā)射結(jié)的少數(shù)載流子，大部分由集電極收集， 形成集電極電流，少數(shù)部分載流子被基極流入的多數(shù)載流子形成集電極電流，少數(shù)部分載流子被基極流入的多數(shù)載流子 復(fù)合，產(chǎn)生基極電流。復(fù)合，產(chǎn)生基極電流。 由于基極中載流子的復(fù)合也具有隨機(jī)由于基極中載

52、流子的復(fù)合也具有隨機(jī) 性，即單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合的載流子數(shù)目是起伏變化的。性，即單位時(shí)間內(nèi)復(fù)合的載流子數(shù)目是起伏變化的。 晶體管晶體管 的電流放大系數(shù)的電流放大系數(shù)、只是反映平均意義上的分配比。只是反映平均意義上的分配比。 這種因這種因 分配比起伏變化而產(chǎn)生的集電極電流、基極電流起伏噪聲，分配比起伏變化而產(chǎn)生的集電極電流、基極電流起伏噪聲， 稱為晶體管的分配噪聲。稱為晶體管的分配噪聲。 分配噪聲本質(zhì)上也是白噪聲，但由于渡越時(shí)間的影響，分配噪聲本質(zhì)上也是白噪聲，但由于渡越時(shí)間的影響， 響當(dāng)三極管的工作頻率高到一定值后，這類噪聲的功率譜密響當(dāng)三極管的工作頻率高到一定值后，這類噪聲的功率譜密 度將隨頻率的

53、增加而迅速增大。度將隨頻率的增加而迅速增大。 2). 分配噪聲分配噪聲 3). 閃爍噪聲閃爍噪聲 由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好 而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。 它與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子它與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子 的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度 與頻率近似成反比，又稱與頻率近似成反比，又稱1/f噪聲噪聲。 因此，它主要在低頻因此，它主要在低頻 （如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。（如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。 這種噪聲也存在于這種噪聲

54、也存在于 其他電子器件中，某些實(shí)際電阻器就有這種噪聲。其他電子器件中，某些實(shí)際電阻器就有這種噪聲。 晶體管晶體管 在高頻應(yīng)用時(shí)，除非考慮它的調(diào)幅、調(diào)相作用，這種噪聲的在高頻應(yīng)用時(shí)，除非考慮它的調(diào)幅、調(diào)相作用，這種噪聲的 影響也可以忽略。影響也可以忽略。 4 4 場(chǎng)效應(yīng)管噪聲場(chǎng)效應(yīng)管噪聲 在場(chǎng)效應(yīng)管中，由于其工作原理不是靠少數(shù)載流子的運(yùn)在場(chǎng)效應(yīng)管中，由于其工作原理不是靠少數(shù)載流子的運(yùn) 動(dòng)，因而散彈噪聲的影響很小。動(dòng)，因而散彈噪聲的影響很小。 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲有以下幾場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲有以下幾 個(gè)方面的來(lái)源：個(gè)方面的來(lái)源： 溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲，溝道熱噪聲通過(guò)溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲，溝道熱噪聲通過(guò) 溝道和

55、柵極電容的耦合作用在柵極上的感應(yīng)噪聲，閃爍噪聲。溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應(yīng)噪聲，閃爍噪聲。 必須指出，前面討論的晶體管中的噪聲，在實(shí)際放大器必須指出，前面討論的晶體管中的噪聲，在實(shí)際放大器 中將同時(shí)起作用并參與放大。中將同時(shí)起作用并參與放大。 有關(guān)晶體管的噪聲模型和晶有關(guān)晶體管的噪聲模型和晶 體管放大器的噪聲比較復(fù)雜，這里就不討論了。體管放大器的噪聲比較復(fù)雜，這里就不討論了。 研究噪聲的目的在于如何減少它對(duì)信號(hào)的影響。研究噪聲的目的在于如何減少它對(duì)信號(hào)的影響。 因此，因此， 離開(kāi)信號(hào)談噪聲是無(wú)意義的。離開(kāi)信號(hào)談噪聲是無(wú)意義的。 從噪聲對(duì)信號(hào)影響的效果看，不在于噪聲電平絕對(duì)值的從噪聲

56、對(duì)信號(hào)影響的效果看，不在于噪聲電平絕對(duì)值的 大小，而在于信號(hào)功率與噪聲功率的相對(duì)值，大小，而在于信號(hào)功率與噪聲功率的相對(duì)值，即信噪比，記即信噪比，記 為為SN（信號(hào)功率與噪聲功率比）（信號(hào)功率與噪聲功率比）。 即便噪聲電平絕對(duì)值即便噪聲電平絕對(duì)值 很高，但只要信噪比達(dá)到一定要求，噪聲影響就可以忽略。很高，但只要信噪比達(dá)到一定要求，噪聲影響就可以忽略。 否則即便噪聲絕對(duì)電平低，由于信號(hào)電平更低，即信噪比低否則即便噪聲絕對(duì)電平低，由于信號(hào)電平更低，即信噪比低 于于1，則信號(hào)仍然會(huì)淹沒(méi)在噪聲中而無(wú)法辨別。，則信號(hào)仍然會(huì)淹沒(méi)在噪聲中而無(wú)法辨別。 因此信噪比因此信噪比 是描述信號(hào)抗噪聲質(zhì)量的一個(gè)物理量。

57、是描述信號(hào)抗噪聲質(zhì)量的一個(gè)物理量。 2.6.3 噪聲系數(shù)計(jì)算方法噪聲系數(shù)計(jì)算方法 1 1 噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義 噪聲系數(shù)可由下式表示噪聲系數(shù)可由下式表示 輸輸出出端端信信噪噪比比 輸輸入入端端信信噪噪比比 F N nip na nip no noo nii o i F PG P PG P PP PP NS NS N 1 / / )/( )/( noo nii dBF PP PP N / / lg10)( 設(shè)設(shè)Pi為信號(hào)源的輸入信號(hào)功率，為信號(hào)源的輸入信號(hào)功率，Pni為信號(hào)源內(nèi)阻為信號(hào)源內(nèi)阻RS產(chǎn)生的產(chǎn)生的 噪聲功率，噪聲功率，Po和和Pno分別為信號(hào)和信號(hào)源內(nèi)阻在負(fù)載上所產(chǎn)生分別為信號(hào)

58、和信號(hào)源內(nèi)阻在負(fù)載上所產(chǎn)生 的輸出功率和輸出噪聲功率的輸出功率和輸出噪聲功率,Pna表示線性電路內(nèi)部附加噪聲功表示線性電路內(nèi)部附加噪聲功 率在輸出端的輸出率在輸出端的輸出。 描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖描述放大器噪聲系數(shù)的等效圖 要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)，要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數(shù)， 其定義為其定義為 已知噪聲功率是與帶寬已知噪聲功率是與帶寬B相聯(lián)系的。相聯(lián)系的。 噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)。定義：噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)。定義：Pni為信號(hào)為信號(hào) 源內(nèi)阻源內(nèi)阻Rs的最大輸出功率，為的最大輸出功率，為kTB 噪聲系數(shù)的大小與四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的匹配情況無(wú)噪

59、聲系數(shù)的大小與四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的匹配情況無(wú) 關(guān)關(guān) 噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準(zhǔn)線性電路噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準(zhǔn)線性電路 信噪比與負(fù)載的關(guān)系信噪比與負(fù)載的關(guān)系 設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為RS，信號(hào)源的電壓為，信號(hào)源的電壓為US（有效值），（有效值）， 當(dāng)它與負(fù)載電阻當(dāng)它與負(fù)載電阻RL相接時(shí)，在負(fù)載電阻相接時(shí)，在負(fù)載電阻RL上的信噪比計(jì)上的信噪比計(jì) 算如下：算如下： L Ls s o R RR U P 2 信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在RL上的功率上的功率 在負(fù)載兩端的信噪比結(jié)論：在負(fù)載兩端的信噪比結(jié)論： 信號(hào)源與任何負(fù)載相接本不信號(hào)源與任何負(fù)載相接本不 影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為

60、何值，其信噪比都不影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為何值，其信噪比都不 變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值 之比。之比。 L Ls n no R )RR( E P 2 2 在負(fù)載兩端的信噪比在負(fù)載兩端的信噪比 2 2 n s no o o E U P P N S 信號(hào)源在信號(hào)源在RL上的功率上的功率 用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù)用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù) 放大器輸入信號(hào)源電路如圖所示。放大器輸入信號(hào)源電路如圖所示。 任何信號(hào)源加上負(fù)載后，任何信號(hào)源加上負(fù)載后， 其信噪比與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，信噪比均為信號(hào)均方電壓（