第二讲 放大器噪声源与噪声特性课件.ppt

微弱信号检测技术;2.1 电子系统内部的固有噪声源;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;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E t与无噪声的理想电阻R的串连。 也可等效为热噪声电流源I t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。;2.1.2 1/f 噪声及其表示;1/f 噪声图;1/f 噪声的噪声谱如下图所示。;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;2.1.4 g-r噪声及其表示（爆米花噪声）;;猝发噪声（爆裂噪声）的时域波形;2.2 放大器的噪声系数和噪声温度 ;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;表2-1 噪声系数和噪声温度关系;2.2.3 放大器的功率增益;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？;2.3 放大器的噪声性能分析;2.3.1 放大器的En-In模型;En-In模型优点;2.3.2 放大器的噪声特性;用等效输入噪声Eni来代替：;②噪声匹配——最小噪声系数 当信号源电阻等于最佳源电阻时，可以获得最小噪声系数——噪声匹配。 写出噪声系数F的表达式； 令 ，得： 代入上式得到噪声系数得最小值： 可见，为获得较小的F，Rs不能太大，也不能太小。;将Fmin和Rs0代入F，得到：;如果g≠0，则;③器件的无噪化处理 放大器内部噪声主要来自于器件和网络的噪声。采用何种器件，以何种方式组成网络，都将影响放大器的噪声性能。 对于各类器件，除了En-In 模型外，还可采用其它模型。 通过对其它模型的计算和简化，可以化为En-In 模型，求出Rsopt及Fmin，从而进行低噪声设计。;2.4 二极管和双极型晶体管的噪声特性;2.4.1 半导体二极管的噪声模型;1、热噪声et 半导体二极管的热噪声是由寄生电阻产生的。 其功率谱密度函数为： ； 其均方值为： 。;2、 1/f 噪声if 半导体的表面、扩散区域的边缘以及本质的缺陷灰产生1/f 噪声。 对1/f 噪声的研究还不够成熟。其功率谱密度函数一般采用如下的形式表示： 式中b通常取1，a=1~2；KF称为1/f 噪声系数，与二极管的物质有关。;3、散弹噪声 散弹噪声是由于电荷到达阳极复合产生随机脉冲的电流。流过半导体二极管的电流为：;当零偏置时V＝0，此时， 当反向偏置时只有反向饱和电流，此时， 当充分正向偏置时正向电流大大于反向饱和电流，可以忽略反向饱和电流的散弹噪声，此时，;2.4.2 双极型晶体管的噪声模型;在基极和基极—发射极耗尽区的电子复合以及载流子从基极注入导发射极产生基极电流IB， IB呈现全散弹噪声特性，同时电子复合过程也产生爆裂噪声和闪烁噪声。 三极管的基极电阻是物理电阻，产生热噪声。集电极引脚电阻 rc也产生热噪声，当考虑到于高阻抗的集电极串联，可以忽略rc产生的热