2-放大器的噪声模型解读.ppt

光电信号处理 第二章 低噪声前置放大器 §2.1 放大器的噪声电压——噪声电流(En-In)模型 §2.2 等效输入噪声及简化计算法则 §2.3 噪声系数 §2.4 最佳源电阻Ropt与最小噪声系数NFmin §2.5 噪声温度 §2.6 多级放大器的噪声系数NF1,2,…n §2.7 耦合网络的低噪声设计原则 §2.8 低噪声前置放大器的选用 §2.9 噪声参数的测量 §2.10 元器件器件分析 §2.11 低噪声放大器的设计原则与方法 §2.12 低噪声集成运算放大器分析与设计！ 使用放大器的必然性：一般是微弱信号 问题：放大信号的同时也放大了噪声 目标：设计高质量的低噪声前置放大器 必须研究： 信号的特性， 噪声的特性， 噪声分析方法， 目的：更好地抑制噪声、放大信号。 研究关于放大器的噪声及描述放大器噪声特性的一些有关参数和模型。 §2.1 放大器的噪声模型 ?放大器内部的噪声是很复杂的… ? 采用En-In模型来描述放大器的总的噪声特性。 ? 放大器的内部噪声可以用串联在输入端的具有零阻抗的电压发生器En和一个并联在输入端具有无穷大阻抗的电流发生器In来表示。两者相关系数为r。 这个模型称为放大器的En－In噪声模型 放大器的En-In噪声模型 ? Vs为信号源电压； ? Rs为信号源内阻； ? Ens为的热噪声电压； ? Zi为放大器输入电阻 ? Av为放大器电压增益 ? Vso总的输出信号 ? Eno总的输出噪声 En-In模型的优点： ?理论：放大器看成是无噪声的， 对放大器噪声的研究归结为只要分析En、In在整个电路中所起的作用。 简化了电路系统的噪声的计算。 ?实验：能够通过实验测量得出En、In 的大小 §2.2 等效输入噪声 ?利用En-In模型，放大系统的噪声简化为三个噪声, 即En、In和Ens。 ?等效输入噪声Eni： 进一步考虑这三个噪声源的共同效果，将它们等效地归结到信号源位置上， 用等效输入噪声Eni来表示。 ?计算各噪声源在放大器输出端的贡献： ? Ens的贡献为： ?若En、In不相关，将上述各项平方相加 得总的输出噪声为： 因此： 为等效输入噪声 ? 等效输入噪声的意义： 单一噪声源位于Vs位置上，代替了原系统的所有噪声源。 ?如果En、In是相关的，则： 式中r为相关系数。 等效输入噪声曲线 §2.3 噪声系数 ?在实际工作中常常需要考虑放大器、元件及系统的噪声性能。 ?对于系统来说，其噪声性能不仅仅是指系统本身元器件产生噪声的大小，还包括它对信号影响的程度。 ?通常是用噪声系数 NF（Noise Factor）作为衡量放大器或元件、或系统噪声性能的指标。 ?等效输入噪声Eni的表示式中含有源电阻Rs及其热噪声项，故不宜用Eni作为衡量的指标。 ?另一方面，同时用En、In来表示又比较麻烦。 ?定义信噪比： 电路信号功率与噪声功率之比，称为信号噪声比，简称信噪比， 用符号 或 表示。输出端的信噪比越高越好 ?定义噪声系数： 用分贝表示则写成： ? 信号通过放大器后，若放大器无滤波功能，则信号和噪声都同样放大了，放大器本身也有噪声，信噪比不可能变好。 ? 如果放大器是理想的（无噪声）线性网络， 输入端的信号与噪声得到同样的放大， 即输出端的信噪比与输入端的信噪比相同， 则：NF=1 或 NF= 0 dB。 ? 如果放大器本身有噪声，则输出噪声功率等于放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声功率之和，对这样的放大器，信号经放大后，输出端的信噪比就比输入端的信噪比低，则 NF1。 Ap=Pso/Psi为放大器的功率增益， Pno1=Pni·Ap 表示信号源内阻产生的噪声，通过放 大器后在输出端所产生的噪声功率。 上式表示，噪声系数NF仅与输出端的两个噪声功率Pno和Pno1有关，而与输入信号的大小无关。 放大器的输出噪声功率Pno是由两部分组成的，一部分是Pni Ap；另一部分是放大器本身（内部）产生的噪声在输出端上呈现的噪声功率Pn， 即： 噪声系数也可用电压比表示，即： 基本定义式：