第 3章 宽带放大器
3.1 引 言
3.2 晶体管的高频小信号等效电路和参数
3.3 高频小信号宽带放大器
3.4 放大器的噪声
3.5 宽带功率放大器 ( * )
2
3.4 放大器的噪声
3.4.1 电阻的热噪声
3.4.2 电子器件的噪声（ *）
3.4.3 噪声系数
3.4.4 级联网络的噪声
3.4.5 接收机的灵敏度与最小可检测信号
3.4.6 噪声温度
3.4.7 低噪声放大器的设计
3
3.4.1 电阻的热噪声
（ 1）电阻热噪声的主要特性
t
? ?tv
n
0
dttvTP T nn )(1
0
2??
dttvTv T n
Tn
)(1l i m
0
22 ?
??
?
? 噪声的计量：
? 在一个相当长的观测时间内，
噪声电流（或电压）的平均
值趋于零。
? 噪声功率 则趋于一有限值。
nP
? 噪声功率也用方均值 表示。2
nv
? 电阻热噪声产生机理：
? 自由电子的无规则热运动。
? 自由电子与晶格碰撞，产生 持续时间
的 电脉冲 。
s1413 10~10 ????
? 电阻热噪声是 无数个电脉冲叠加 的结果。
4
? 电阻热噪声的功率谱密度：
? 电阻热噪声的功率谱密度,
或噪声电压功率谱密度，
单位是 W/Hz。
)(fWv 2)(1
4)(
?
f
k T RfW
v
?
?
? 右式,为自由电子
每秒钟的碰撞次数。事实上，由
于通信系统的 实际工作频率 f <<?,
故右上式也常简化右下式为：
1413 10~10??
kT RfW v 4)( ?
? 电阻器单位频带噪声功率在很宽
的频率范围内均为一恒定值
故类比光学中的白色光功率谱在
可见光频段内均匀分布的特点，
命名这种噪声为“白噪声”。
kTR4
f f
? ?fW
i
? ?fW
i
? ??H
? ??H
? ?fW
O
? ?fW
O
?
)()()(
2
fWjfHfW
vo
?
? 在有效频带内，功率谱分布不均匀的噪声称为“有色噪声”。
白噪声通过有限频带网络后，变成了有色噪声。
5
（ 2）电阻的噪声等效电路
dttvTv T n
Tn
)(1l i m
0
22 ?
??
?
kT RfW v 4)( ?
? ? fK TRdfjfHfWv vn ??? ?? 4)( 2
0
2
R
( 有噪）
等效为
R R
( 无噪） ( 无噪）
)( fW
v
2
n
v
1
R
( 有噪）
2
R
( 有噪）
等效为
R
( 无噪）
2
n
v
fK T R
vvv
nnn
??
??
4
2
2
2
1
2
21
RRR ??
或
从时域角度得到：
从频域角度得到：
6
3.4.2 电子器件的噪声（ *）
（ 1）晶体管的噪声
? 电阻热噪声：
各电极的体电阻（基极体电阻）
自由电子热运动产生的噪声。 fk T rv bbbb ?? '2 ' 4
? 散粒噪声：
这是电子流的不均匀性引起的。
（白噪声）
fqIi Een ?? 22
fqIi cocn ?? 22 0
? 分配噪声：
载流子在基区分配比例随机变化
所产生的噪声称为分配噪声。
（有色噪声）
fqIi Cen ??? )1(2
0
2
2
?
?
? 1 / f 噪声,低频时比较显著。在 1KHz以上，则可以忽略。
（有色噪声）
7
（ 2）场效应管的噪声
? 沟道热噪声：
由导电沟道电阻产生的噪声。
与一般电阻不同，沟道电阻的
大小是受到栅极电压控制。
fk T Gi mnd ?? 42
：场效应管的转移跨导。mG
? 栅极散粒噪声：
是由于栅极内电荷不规则起伏
引起的。 （白噪声）
fqIi Gnd ?? 22
：栅极泄漏电流。
GI
? 栅极感应噪声：
沟道中的起伏噪声通过沟道与栅极之间的电容，在栅极上感
应产生的噪声。工作频率越高，该噪声影响越大。
（有色噪声）
? 1 / f 噪声,与双极型晶体管一样，场效应管也存在 1/f噪声，
其产生机理和形态与双极晶体管大致相同。 （有色噪声）
8
3.4.3 噪声系数
? 在 标准信号源 激励下，网络输入
信噪比与其输出信噪比的比值。
即信噪比变坏的程度 。
gR
gv
2nv
nisi PP / noso PP /
iR oR
LR
nF
pmG
nAP
放大器
标
准
信
号
源
noso
nisi
n PP
PPF
/
/?
（ 1）噪声系数的几种描述：
?,标准信号源,是指信号电压为,内阻为,并仅含
有 产生的白噪声的信号源。 gv gR
gR
fk T Rv gn ?? 42
9
? 网络输出端的输出噪声功率由两部分构成，即通过网络后的
输入噪声功率和网络附加的噪声功率 。
nAP
nAniPno PPGP ??
? 网络输出噪声功率与输入噪声功率
在输出端的比值。可见 标准信号源
很重要 。
niP
no
n PG
P
F ?
为网络内部各有噪元件产生的噪声功率在其输出端的反
映。nA
P
niP
nA
n PG
PF ?? 1
上式表明，任何实际网络的噪声系数，都是在理想网络噪声
系数（ =1）的基础上，加上某一噪声系数的增量。该增量
与 成正比，与 和 成反比。n
F
nAP PG niP
10
（ 2）噪声系数的计算：
? 信噪比的特点分析
? ?
i
ig
g
si
R
RR
v
P
2
2
?
?
? ?
i
ig
n
ni
R
RR
v
P
2
2
?
?
in
g
nisi
v
v
PP
2
2
/ ?
在计算输入信噪比时，与 和 之间是否匹配无关。
在计算输出信噪比时，与输出端是否匹配无关。 gR iR
? 额定功率和额定功率增益
额定功率是指信号源（包括噪声源）能够输出的最大功率。
额定功率增益是指放大器输入端和输出端分别匹配时的功
率增益。
nomso m
n i msi m
n PP
PPF
/
/?
sim
so m
pm P
PG ?
11
举例：
gR
gv
2nv
iR oR
LR1R
设网络输入端匹配
g
g
sim R
v
P
4
2
?
fKT
R
fK T R
R
v
P
g
g
g
n
n i m
??
?
?
?
4
4
4
2
设网络输出端匹配
1
1
R
RR
v
E
g
g
o ??
1
1
RR
RR
R
g
g
o ??
o
o
som R
EP
4
2
? fKTPn o m ??
1
1
/
/
R
R
PP
PPF g
noms o m
n i ms i m
n ???
12
3.4.4 级联网络的噪声
gR
gv
网络 1 网络 2
11,npm FG 22
,npm FG
1nAP 2nA
P
nomP
和 分别为两网络的额定功率增益。
和 分别为两网络的噪声系数。
和 分别表示两网络的附加噪声功率。
1nF
1pmG 2pmG
2nF
1nAP 2nAP
fkTGFP pmnnA ??? 111 )1(
fkTGFP pmnnA ??? 222 )1(
21221 nAnApmpmpmnom PPGfkTGGP ????
niP
nA
n PG
PF ?? 1由 得到：
而级联网络的总的输出噪声功率为：
13
如令 为级联网络的总功率增益：
上式说明：级联网络的噪声系数，主要由网络前级的噪声系
数确定。 前级的噪声系数越小，功率增益越高，则级联网络
的噪声系数就越小。
21 pmpmpm GGG ??
pmG
nF
1
2
1
1
pm
n
n
pm
nom
n G
FF
fkTG
PF ???
??
? ?1121
3
1
2
1
111
?
????????
Npmpm
nN
pmpm
n
pm
n
nn GG
F
GG
F
G
FFF
??
依此类推,N级级联网络的总的噪声系数为：
则级联网络的等效噪声系数 为：
14
3.4.5 接收机的灵敏度与最小可检测信号
? 接收机的灵敏度是当接收端处于匹配时，为保证一定的输
出信噪比，接收端所需要的最小有用信号功率 。
(m in)siP
由
noso
nisi
n PP
PPF
/
/?
??
?
?
??
?
?
?
no
so
n
ni
si
P
P
F
P
P
fKTF
P
P
P n
no
so
si ???
?
?
??
?
?
?( m i n )
? 接收机的最小可检测信号电压
(mi n)iV
? ? mi n( m i n ) 2 siii PRV ?
式中 为接收机的输入电阻。
iR
得到：
15
? 举例,输入电阻为 的接收机，噪声系数为 6dB，
BW=1MZ。 当要求输出信噪比为 1，接收机的最小有用信号
功率和电压为多少？
nF
)(106.1102901038.141 11623( m i n ) mwP si ?? ????????
还可以表示为：
dbm108)106.1l o g (10 11 ???? ?
?50
噪声系数为 6dB,= 4。
当输入电阻为 时，最小可检测信号电压为：?50
)(79.11060.1502 14( m i n ) VXXV i ??? ?
16
3.4.6 噪声温度
? 网络的噪声性能也可以用噪声温度来表示。但要注意的是，
网络的噪声温度不是该网络的实际物理温度，而是用以表征
该网络噪声性能的一种假想温度。
g
R
gv
实际网络 无噪网络
no
P
nApm PG,
pmGgv
g
R
)290(
0
K
2
e
v
实际网络 用一无噪声网络和一噪声源 等效。
设 是由信号源内阻 在一假想温度 下产生的噪声电压。
)290( 00 KT ? 2ev
2ev gR eT
fRKTv gee ?? 42 此温度 是网络的等效噪声温度。
eT
17
fKTP en ie ??
fKTGPGP epmn i epmnA ???
00
111
T
T
fKTG
P
PG
PF e
pm
nA
n i mpm
nA
n ???????
0)1( TFT ne ??
当网络噪声较小时，用噪声温度来表示更方便些。
举例,= 1.1
= 1.05
nF KTe 029?
nF KT e 05.14?
? 网络的噪声温度与网络的噪声系数相类似，两者具有固定的
转换关系。
由 得到：
18
3.4.7 低噪声放大器的设计
（ 1）晶体管放大器的噪声系数
? 共基极放大器的噪声等效电路
b
'be c
'LR
bbr'
gR
2
gRv
er
2
erv
2
'bbrv
2
cni
? 等效电路中四个噪声源基本上是彼此独立的。
19
? 信号源内阻 的热噪声电压方均值 。gR
2
gRv
gR RfKTv g ?? 4
2
? 基极电阻 的热噪声电压方均值 。
bbr'
2
'bbrv
bbr rfKTv bb '' 4
2 ??
? 发射结的散粒噪声 。
2
erv
er rfKTv e ?? 2
2
? 集电结的分配噪声 。
2
cni fqIi dcn ?? 2
2
? 晶体管放大器的噪声系数
])
1
(1[
2
))(1(
2
1 2
00
2
0 ''
??
?
? ?
?
???
????
f
f
Rr
rrR
R
r
R
r
F
ge
bbeg
g
e
g
bb
20
讨论：
? 噪声系数与工作频率的关系
? 工作频率较低时，噪声系数几乎与工作频率无关。
主要是基极电阻的热噪声和散粒噪声，是白噪声。
? 工作频率较高时，噪声系数随工作频率增加而增加。
这是高频区，除热噪声和散粒噪声外，主要是分配噪声。
? 工作频率很低时,噪声不可忽略。f/1
附录 3.2.1
])
1
(1[
2
))(1(
2
1 2
00
2
0 ''
??
?
? ?
?
???
????
f
f
Rr
rrR
R
r
R
r
F
ge
bbeg
g
e
g
bb
21
? 噪声系数与信源内阻的关系
])
1
(1[
2
))(1(
2
1 2
00
2
0 ''
??
?
? ?
?
???
????
f
f
Rr
rrR
R
r
R
r
F
Se
bbeS
S
e
S
bb
? 信源内阻较小时，噪声系数与信源内阻近似成反比。
? 信源内阻较大时，笫四项不可忽略。
? 信源内阻有最佳值，使噪声系数最小。
? 噪声系数与晶体管工作状态的关系
? 噪声系数是, 和 的函数。
bbr' er ?f
? 而, 和 与晶体管工作状态有关。
bbr' er ?f
附录 3.2.1
22
（ 2）场效应管放大器的噪声系数
场效应管的噪声有四个耒源：栅极散粒噪声；沟道热噪声；
栅极感应噪声和 1 / f 噪声。
笫一种和笫二种噪声是主要的，尤其以笫二种噪声最重要。
sR
iR
sv
笫二种噪声的场效应管噪声等效电路见下图。
g
s
21nv
fK T Rv nn ?? 42 1
si s
g
2nsi
ig
2nii
21nv
fK T gi sns ?? 42 fK T gi ini ?? 42
23
? 场效应管放大器的噪声系数
])(1[ 2si
s
n
s
i gg
g
R
g
gF ????
为场效应管的输入电导； 为信号源的内电导；ig
sg
为场效应管沟道热噪声的等效噪声电阻。
nR
? 在 高频 放大电路中（笫一级），通常选择 噪声系数最小。
sg
即所谓最小噪声系数匹配。
2
)( i
n
i
o p ts gR
gg ??
24
（ 3）减少噪声系数的措施
? 选用低噪声器件和元件
? 选用 和噪声系数小的晶体管。
bbr'
? 选用场效应管（砷化镓金属半导体场效应管）。
? 谨慎选用电阻元件，选用金属膜电阻。
? 正确选择晶体管放大器的直流工作点
? 对不同的信号源内阻，最佳的 是不同的。
? 用改变 的方法耒获得低噪声放大。
EI
? 选择合适的信号源内阻
? 信源内阻有最佳值，使噪声系数最小。
EI
25
? 选择合适的工作带宽
? 选用合适的放大电路
? 热噪声是主要耒源之一，所以降低接收机前端主要器件的工
温度，对减小噪声系数是有意义的。
? 共发 -共基放大器和共源 -共栅放大器是低噪声电路。
26
习题六,3-4,3-7,3-9,3-10
CAD2_02
27
CAD2_02:考虑一个被噪声污染的信号，很难看出它所包
含的频率分量。应用傅立叶变换可以在噪声中发现淹没在
其中的信号。
Y=fft（ X,n） 即是采用 n点的 FFT变换 。
举例,一个由 50MHz和 120MHz正弦信号构成的信
号, 受零均值随机噪声的干扰, 数据采样率为
1000Hz.现可通过 fft函数来分析其信号频率成份 。
参考程序,t = 0?0.001?0.6；
X = Sin(2?pi?50?t) + Sin(2?pi?120?t)；
y = X+1.5?randn [1,length(t)]；
Y = fft (y,512)；
P = Y,?Conz(Y)/512；
f = 1000?(0:255)/512；
plot [f,P (1:256)]
这样可得到信号功率谱密度图 。
28
附录 3.2.1 F
f
1f 2f
白噪声区 高频区低频区
3dB/倍频程
6dB/倍频程
返回 1
F F
SR EI
返回 2
3.1 引 言
3.2 晶体管的高频小信号等效电路和参数
3.3 高频小信号宽带放大器
3.4 放大器的噪声
3.5 宽带功率放大器 ( * )
2
3.4 放大器的噪声
3.4.1 电阻的热噪声
3.4.2 电子器件的噪声（ *）
3.4.3 噪声系数
3.4.4 级联网络的噪声
3.4.5 接收机的灵敏度与最小可检测信号
3.4.6 噪声温度
3.4.7 低噪声放大器的设计
3
3.4.1 电阻的热噪声
（ 1）电阻热噪声的主要特性
t
? ?tv
n
0
dttvTP T nn )(1
0
2??
dttvTv T n
Tn
)(1l i m
0
22 ?
??
?
? 噪声的计量：
? 在一个相当长的观测时间内，
噪声电流（或电压）的平均
值趋于零。
? 噪声功率 则趋于一有限值。
nP
? 噪声功率也用方均值 表示。2
nv
? 电阻热噪声产生机理：
? 自由电子的无规则热运动。
? 自由电子与晶格碰撞，产生 持续时间
的 电脉冲 。
s1413 10~10 ????
? 电阻热噪声是 无数个电脉冲叠加 的结果。
4
? 电阻热噪声的功率谱密度：
? 电阻热噪声的功率谱密度,
或噪声电压功率谱密度，
单位是 W/Hz。
)(fWv 2)(1
4)(
?
f
k T RfW
v
?
?
? 右式,为自由电子
每秒钟的碰撞次数。事实上，由
于通信系统的 实际工作频率 f <<?,
故右上式也常简化右下式为：
1413 10~10??
kT RfW v 4)( ?
? 电阻器单位频带噪声功率在很宽
的频率范围内均为一恒定值
故类比光学中的白色光功率谱在
可见光频段内均匀分布的特点，
命名这种噪声为“白噪声”。
kTR4
f f
? ?fW
i
? ?fW
i
? ??H
? ??H
? ?fW
O
? ?fW
O
?
)()()(
2
fWjfHfW
vo
?
? 在有效频带内，功率谱分布不均匀的噪声称为“有色噪声”。
白噪声通过有限频带网络后，变成了有色噪声。
5
（ 2）电阻的噪声等效电路
dttvTv T n
Tn
)(1l i m
0
22 ?
??
?
kT RfW v 4)( ?
? ? fK TRdfjfHfWv vn ??? ?? 4)( 2
0
2
R
( 有噪）
等效为
R R
( 无噪） ( 无噪）
)( fW
v
2
n
v
1
R
( 有噪）
2
R
( 有噪）
等效为
R
( 无噪）
2
n
v
fK T R
vvv
nnn
??
??
4
2
2
2
1
2
21
RRR ??
或
从时域角度得到：
从频域角度得到：
6
3.4.2 电子器件的噪声（ *）
（ 1）晶体管的噪声
? 电阻热噪声：
各电极的体电阻（基极体电阻）
自由电子热运动产生的噪声。 fk T rv bbbb ?? '2 ' 4
? 散粒噪声：
这是电子流的不均匀性引起的。
（白噪声）
fqIi Een ?? 22
fqIi cocn ?? 22 0
? 分配噪声：
载流子在基区分配比例随机变化
所产生的噪声称为分配噪声。
（有色噪声）
fqIi Cen ??? )1(2
0
2
2
?
?
? 1 / f 噪声,低频时比较显著。在 1KHz以上，则可以忽略。
（有色噪声）
7
（ 2）场效应管的噪声
? 沟道热噪声：
由导电沟道电阻产生的噪声。
与一般电阻不同，沟道电阻的
大小是受到栅极电压控制。
fk T Gi mnd ?? 42
：场效应管的转移跨导。mG
? 栅极散粒噪声：
是由于栅极内电荷不规则起伏
引起的。 （白噪声）
fqIi Gnd ?? 22
：栅极泄漏电流。
GI
? 栅极感应噪声：
沟道中的起伏噪声通过沟道与栅极之间的电容，在栅极上感
应产生的噪声。工作频率越高，该噪声影响越大。
（有色噪声）
? 1 / f 噪声,与双极型晶体管一样，场效应管也存在 1/f噪声，
其产生机理和形态与双极晶体管大致相同。 （有色噪声）
8
3.4.3 噪声系数
? 在 标准信号源 激励下，网络输入
信噪比与其输出信噪比的比值。
即信噪比变坏的程度 。
gR
gv
2nv
nisi PP / noso PP /
iR oR
LR
nF
pmG
nAP
放大器
标
准
信
号
源
noso
nisi
n PP
PPF
/
/?
（ 1）噪声系数的几种描述：
?,标准信号源,是指信号电压为,内阻为,并仅含
有 产生的白噪声的信号源。 gv gR
gR
fk T Rv gn ?? 42
9
? 网络输出端的输出噪声功率由两部分构成，即通过网络后的
输入噪声功率和网络附加的噪声功率 。
nAP
nAniPno PPGP ??
? 网络输出噪声功率与输入噪声功率
在输出端的比值。可见 标准信号源
很重要 。
niP
no
n PG
P
F ?
为网络内部各有噪元件产生的噪声功率在其输出端的反
映。nA
P
niP
nA
n PG
PF ?? 1
上式表明，任何实际网络的噪声系数，都是在理想网络噪声
系数（ =1）的基础上，加上某一噪声系数的增量。该增量
与 成正比，与 和 成反比。n
F
nAP PG niP
10
（ 2）噪声系数的计算：
? 信噪比的特点分析
? ?
i
ig
g
si
R
RR
v
P
2
2
?
?
? ?
i
ig
n
ni
R
RR
v
P
2
2
?
?
in
g
nisi
v
v
PP
2
2
/ ?
在计算输入信噪比时，与 和 之间是否匹配无关。
在计算输出信噪比时，与输出端是否匹配无关。 gR iR
? 额定功率和额定功率增益
额定功率是指信号源（包括噪声源）能够输出的最大功率。
额定功率增益是指放大器输入端和输出端分别匹配时的功
率增益。
nomso m
n i msi m
n PP
PPF
/
/?
sim
so m
pm P
PG ?
11
举例：
gR
gv
2nv
iR oR
LR1R
设网络输入端匹配
g
g
sim R
v
P
4
2
?
fKT
R
fK T R
R
v
P
g
g
g
n
n i m
??
?
?
?
4
4
4
2
设网络输出端匹配
1
1
R
RR
v
E
g
g
o ??
1
1
RR
RR
R
g
g
o ??
o
o
som R
EP
4
2
? fKTPn o m ??
1
1
/
/
R
R
PP
PPF g
noms o m
n i ms i m
n ???
12
3.4.4 级联网络的噪声
gR
gv
网络 1 网络 2
11,npm FG 22
,npm FG
1nAP 2nA
P
nomP
和 分别为两网络的额定功率增益。
和 分别为两网络的噪声系数。
和 分别表示两网络的附加噪声功率。
1nF
1pmG 2pmG
2nF
1nAP 2nAP
fkTGFP pmnnA ??? 111 )1(
fkTGFP pmnnA ??? 222 )1(
21221 nAnApmpmpmnom PPGfkTGGP ????
niP
nA
n PG
PF ?? 1由 得到：
而级联网络的总的输出噪声功率为：
13
如令 为级联网络的总功率增益：
上式说明：级联网络的噪声系数，主要由网络前级的噪声系
数确定。 前级的噪声系数越小，功率增益越高，则级联网络
的噪声系数就越小。
21 pmpmpm GGG ??
pmG
nF
1
2
1
1
pm
n
n
pm
nom
n G
FF
fkTG
PF ???
??
? ?1121
3
1
2
1
111
?
????????
Npmpm
nN
pmpm
n
pm
n
nn GG
F
GG
F
G
FFF
??
依此类推,N级级联网络的总的噪声系数为：
则级联网络的等效噪声系数 为：
14
3.4.5 接收机的灵敏度与最小可检测信号
? 接收机的灵敏度是当接收端处于匹配时，为保证一定的输
出信噪比，接收端所需要的最小有用信号功率 。
(m in)siP
由
noso
nisi
n PP
PPF
/
/?
??
?
?
??
?
?
?
no
so
n
ni
si
P
P
F
P
P
fKTF
P
P
P n
no
so
si ???
?
?
??
?
?
?( m i n )
? 接收机的最小可检测信号电压
(mi n)iV
? ? mi n( m i n ) 2 siii PRV ?
式中 为接收机的输入电阻。
iR
得到：
15
? 举例,输入电阻为 的接收机，噪声系数为 6dB，
BW=1MZ。 当要求输出信噪比为 1，接收机的最小有用信号
功率和电压为多少？
nF
)(106.1102901038.141 11623( m i n ) mwP si ?? ????????
还可以表示为：
dbm108)106.1l o g (10 11 ???? ?
?50
噪声系数为 6dB,= 4。
当输入电阻为 时，最小可检测信号电压为：?50
)(79.11060.1502 14( m i n ) VXXV i ??? ?
16
3.4.6 噪声温度
? 网络的噪声性能也可以用噪声温度来表示。但要注意的是，
网络的噪声温度不是该网络的实际物理温度，而是用以表征
该网络噪声性能的一种假想温度。
g
R
gv
实际网络 无噪网络
no
P
nApm PG,
pmGgv
g
R
)290(
0
K
2
e
v
实际网络 用一无噪声网络和一噪声源 等效。
设 是由信号源内阻 在一假想温度 下产生的噪声电压。
)290( 00 KT ? 2ev
2ev gR eT
fRKTv gee ?? 42 此温度 是网络的等效噪声温度。
eT
17
fKTP en ie ??
fKTGPGP epmn i epmnA ???
00
111
T
T
fKTG
P
PG
PF e
pm
nA
n i mpm
nA
n ???????
0)1( TFT ne ??
当网络噪声较小时，用噪声温度来表示更方便些。
举例,= 1.1
= 1.05
nF KTe 029?
nF KT e 05.14?
? 网络的噪声温度与网络的噪声系数相类似，两者具有固定的
转换关系。
由 得到：
18
3.4.7 低噪声放大器的设计
（ 1）晶体管放大器的噪声系数
? 共基极放大器的噪声等效电路
b
'be c
'LR
bbr'
gR
2
gRv
er
2
erv
2
'bbrv
2
cni
? 等效电路中四个噪声源基本上是彼此独立的。
19
? 信号源内阻 的热噪声电压方均值 。gR
2
gRv
gR RfKTv g ?? 4
2
? 基极电阻 的热噪声电压方均值 。
bbr'
2
'bbrv
bbr rfKTv bb '' 4
2 ??
? 发射结的散粒噪声 。
2
erv
er rfKTv e ?? 2
2
? 集电结的分配噪声 。
2
cni fqIi dcn ?? 2
2
? 晶体管放大器的噪声系数
])
1
(1[
2
))(1(
2
1 2
00
2
0 ''
??
?
? ?
?
???
????
f
f
Rr
rrR
R
r
R
r
F
ge
bbeg
g
e
g
bb
20
讨论：
? 噪声系数与工作频率的关系
? 工作频率较低时，噪声系数几乎与工作频率无关。
主要是基极电阻的热噪声和散粒噪声，是白噪声。
? 工作频率较高时，噪声系数随工作频率增加而增加。
这是高频区，除热噪声和散粒噪声外，主要是分配噪声。
? 工作频率很低时,噪声不可忽略。f/1
附录 3.2.1
])
1
(1[
2
))(1(
2
1 2
00
2
0 ''
??
?
? ?
?
???
????
f
f
Rr
rrR
R
r
R
r
F
ge
bbeg
g
e
g
bb
21
? 噪声系数与信源内阻的关系
])
1
(1[
2
))(1(
2
1 2
00
2
0 ''
??
?
? ?
?
???
????
f
f
Rr
rrR
R
r
R
r
F
Se
bbeS
S
e
S
bb
? 信源内阻较小时，噪声系数与信源内阻近似成反比。
? 信源内阻较大时，笫四项不可忽略。
? 信源内阻有最佳值，使噪声系数最小。
? 噪声系数与晶体管工作状态的关系
? 噪声系数是, 和 的函数。
bbr' er ?f
? 而, 和 与晶体管工作状态有关。
bbr' er ?f
附录 3.2.1
22
（ 2）场效应管放大器的噪声系数
场效应管的噪声有四个耒源：栅极散粒噪声；沟道热噪声；
栅极感应噪声和 1 / f 噪声。
笫一种和笫二种噪声是主要的，尤其以笫二种噪声最重要。
sR
iR
sv
笫二种噪声的场效应管噪声等效电路见下图。
g
s
21nv
fK T Rv nn ?? 42 1
si s
g
2nsi
ig
2nii
21nv
fK T gi sns ?? 42 fK T gi ini ?? 42
23
? 场效应管放大器的噪声系数
])(1[ 2si
s
n
s
i gg
g
R
g
gF ????
为场效应管的输入电导； 为信号源的内电导；ig
sg
为场效应管沟道热噪声的等效噪声电阻。
nR
? 在 高频 放大电路中（笫一级），通常选择 噪声系数最小。
sg
即所谓最小噪声系数匹配。
2
)( i
n
i
o p ts gR
gg ??
24
（ 3）减少噪声系数的措施
? 选用低噪声器件和元件
? 选用 和噪声系数小的晶体管。
bbr'
? 选用场效应管（砷化镓金属半导体场效应管）。
? 谨慎选用电阻元件，选用金属膜电阻。
? 正确选择晶体管放大器的直流工作点
? 对不同的信号源内阻，最佳的 是不同的。
? 用改变 的方法耒获得低噪声放大。
EI
? 选择合适的信号源内阻
? 信源内阻有最佳值，使噪声系数最小。
EI
25
? 选择合适的工作带宽
? 选用合适的放大电路
? 热噪声是主要耒源之一，所以降低接收机前端主要器件的工
温度，对减小噪声系数是有意义的。
? 共发 -共基放大器和共源 -共栅放大器是低噪声电路。
26
习题六,3-4,3-7,3-9,3-10
CAD2_02
27
CAD2_02:考虑一个被噪声污染的信号，很难看出它所包
含的频率分量。应用傅立叶变换可以在噪声中发现淹没在
其中的信号。
Y=fft（ X,n） 即是采用 n点的 FFT变换 。
举例,一个由 50MHz和 120MHz正弦信号构成的信
号, 受零均值随机噪声的干扰, 数据采样率为
1000Hz.现可通过 fft函数来分析其信号频率成份 。
参考程序,t = 0?0.001?0.6；
X = Sin(2?pi?50?t) + Sin(2?pi?120?t)；
y = X+1.5?randn [1,length(t)]；
Y = fft (y,512)；
P = Y,?Conz(Y)/512；
f = 1000?(0:255)/512；
plot [f,P (1:256)]
这样可得到信号功率谱密度图 。
28
附录 3.2.1 F
f
1f 2f
白噪声区 高频区低频区
3dB/倍频程
6dB/倍频程
返回 1
F F
SR EI
返回 2
