高频电路第2章讲义浅析.ppt

　　1) 散弹(粒)噪声 　　在晶体管的PN结中(包括二极管的PN结)，每个载流子都是随机地通过PN结的(包括随机注入、随机复合)。大量载流子流过结时的平均值(单位时间内平均)决定了它的直流电流I0。因此真实的结电流是围绕I0起伏的。这种由于载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹噪声，或散粒噪声。这种噪声也存在于电子管、光电管之类的器件中，是一种普遍的物理现象。由于散弹噪声是由大量载流子引起的，每个载流子通过PN结的时间很短，因此它的噪声谱和电阻热噪声相似，具有平坦的噪声功率谱。也就是说散弹噪声也是白噪声。根据理论分析和实验表明，散弹噪声引起的电流起伏均方值与PN结的直流电流成正比。如果用噪声均方电流谱密度表示，有 SI( f )=2qI0 (2-69) 式中，q为每个载流子的电荷量，q=1.6×10－19 C; I0为结的平均电流。此式称为肖特基公式，它也适用于其它器件的散弹噪声，它们的区别只是白噪声扩展的范围不同。 　　与热噪声不同，散弹噪声的噪声功率与结的平均电流成正比，而且在数量上也有差别。一般情况下，散弹噪声大于电阻热噪声。 　　因为散弹噪声和电阻热噪声都是白噪声，前面关于热噪声通过线性系统时的分析对散弹噪声也完全适用。这包括均方相加的原则，通过四端网络的计算以及等效噪声带宽等。 　　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，除了基区来的传输电流外，只有较小的反向饱和电流(它也产生散弹噪声)。因此发射结的散弹噪声起主要作用，而集电结的散弹噪声可以忽略。 　　2) 分配噪声 　　晶体管中通过发射结的少数载流子，大部分由集电极收集，形成集电极电流，少部分载流子被基极流入的多数载流子复合，产生基极电流。由于基区中载流子的复合也具有随机性，即单位时间内复合的载流子数目是起伏变化的，因此，集电极电流和基极电流的分配比例也是变化的。晶体管的电流放大系数α、β只是反映平均意义上的分配比。这种因分配比起伏变化而产生的集电极电流、基极电流起伏噪声，称为晶体管的分配噪声。 　　分配噪声本质上也是白噪声，但由于渡越时间的影响，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它电子器件中，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，这种噪声的影响可以忽略。 　　3. 场效应管噪声 　　在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。场效应管的噪声有以下几方面的来源: 沟道电阻产生的热噪声; 沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅极上的感应噪声; 闪烁噪声。 　　必须指出，前面讨论的晶体管中的噪声，在实际放大器中将同时起作用并参与放大。有关晶体管的噪声模型和晶体管放大器的噪声比较复杂，这里就不讨论了。 2.4.3 噪声系数和噪声温度 　　为了衡量某一线性电路(如放大器)或一系统(如接收机)的噪声特性，通常需要引入一个衡量电路或系统内部噪声大小的量度。有了这种量度就可以比较不同电路噪声性能的好坏，也可以据此进行测量。目前广泛使用的一个噪声量度称作噪声系数(Noise Factor)，或噪声指数(Noise Figure)。有时人们还使用一个与噪声系数有关的，称为“噪声温度”的指标。 　　1． 噪声系数的定义 　　在一些部件和系统中，噪声对它们性能的影响主要表现在信号与噪声的相对大小，即信号噪声功率比上。以收音机和电视机来说，若输出端的信噪比越大，声音就越清楚，图像就越清晰。因此，我们希望有这样的电路和系统，当有用信号和输入端的噪声通过它们时，此系统不引入附加的噪声，这意味着输出端与输入端具有相同的信噪比。实际上，由于电路或系统内部总有附加噪声，信噪比不可能不变，我们希望输出端信噪比的下降应尽可能小。噪声系数的定义就是从上述想法中引出的。 图 2-38 噪声系数的定义 　　图 2-38 为一线性四端网络，它的噪声系数定义为输入端的信号噪声功率比(S/N)i与输出端的信号噪声功率比(S/N)o的比值，即 (2-70) 图中，KP为电路的功率传输系数(或功率放大倍数)。用Na表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出，考虑到KP=So/Si，式(2-70)可以表示为 (2-7