第1章噪声与干扰精选PPT.ppt
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1、第第第第1 1 1 1章噪声与干扰章噪声与干扰章噪声与干扰章噪声与干扰第1页,此课件共46页哦内容提要内容提要内内内内容容容容提提提提要要要要由电路内部产生的无用信号称为由电路内部产生的无用信号称为内部噪声,简称噪声内部噪声,简称噪声噪声和干扰泛指除有用信号以外的噪声和干扰泛指除有用信号以外的其他一切无用信号,将极大影响电其他一切无用信号,将极大影响电子设备的性能指标:子设备的性能指标:来自电路外部的无用信号称为外部来自电路外部的无用信号称为外部噪声,通常也称为干扰噪声,通常也称为干扰本章主要讨论自然噪声:本章主要讨论自然噪声:噪声的来源和特点噪声的来源和特点噪声的表示和计算噪声的表示和计算干
2、扰和噪声都具有随机性干扰和噪声都具有随机性第2页,此课件共46页哦电阻热噪声的来源与特点电阻热噪声的来源与特点第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点由电阻内部的自由电子无规则的热由电阻内部的自由电子无规则的热运动产生,又称为起伏噪声:运动产生,又称为起伏噪声:是许多持续时间极短的脉冲电流叠加是许多持续时间极短的脉冲电流叠加的结果的结果长时看总和为零,但在每一瞬时电流长时看总和为零,但在每一瞬时电流在某一方向都有一定数值在某一方向都有一定数值频率范围很宽,可认为是频率范围很宽,可认为是“白白噪声噪声”第3页,此课件共46页哦电阻热噪声的大小电阻
3、热噪声的大小(一一)第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点噪声电压的均方值:噪声电压的均方值:可看做是噪声电压在单位电阻上消耗的平可看做是噪声电压在单位电阻上消耗的平均功率均功率功率谱密度功率谱密度 :单位频带内的功:单位频带内的功率率电阻热噪声电压的功率谱密度:电阻热噪声电压的功率谱密度:波尔兹曼常数波尔兹曼常数T T为热力学温度为热力学温度R R为电阻的阻值为电阻的阻值第4页,此课件共46页哦电阻热噪声的大小电阻热噪声的大小(二二)第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点若系统工作频带若系
4、统工作频带(或测量噪声功率或测量噪声功率时的频带宽度时的频带宽度)为为 ,则电阻热噪,则电阻热噪声的均方值为:声的均方值为:有效值为:有效值为:实际电路中实际电路中的电阻建模的电阻建模形式:形式:第5页,此课件共46页哦电阻热噪声的额定噪声功率电阻热噪声的额定噪声功率第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点易知当噪声源的负载与易知当噪声源的负载与其内阻匹配时,噪声源其内阻匹配时,噪声源能够实现最大功率传输能够实现最大功率传输对于实数阻抗网络来对于实数阻抗网络来说,当说,当 时,时,该功率又被称为噪声源的资用功率该功率又被称为噪声源的资用功率(a
5、vailable power)(available power):仅与噪声源本身有关,与负载无关,表示仅与噪声源本身有关,与负载无关,表示噪声源输出功率的最大能力噪声源输出功率的最大能力与电阻本身的大小无关,仅与温度和系统与电阻本身的大小无关,仅与温度和系统带宽有关带宽有关第6页,此课件共46页哦例题例题第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点放大器的工作带宽为放大器的工作带宽为2MHz2MHz,信号源电阻,信号源电阻为为 ,当工作温度为,当工作温度为 ,电压增益,电压增益为为 ,输入信号有效值为,输入信号有效值为 时,试计算时,试计算输出信号
6、有效值输出信号有效值(有用信号和噪声有用信号和噪声),假,假定放大器所产生的噪声及其它噪声可以定放大器所产生的噪声及其它噪声可以忽略忽略第7页,此课件共46页哦等效噪声带宽等效噪声带宽第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点若输入信号为若输入信号为白噪声:白噪声:定义线性系统的等效定义线性系统的等效噪声带宽为:噪声带宽为:则有:则有:等效噪声带宽与等效噪声带宽与输入噪声无关,输入噪声无关,而由传递函数决而由传递函数决定定有频响的线性有频响的线性网络使白噪声网络使白噪声变成有色噪声变成有色噪声第8页,此课件共46页哦例题例题第第第第一一一一节节节
7、节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点设下图中的电容为无损耗电容,求输出端噪设下图中的电容为无损耗电容,求输出端噪声电压的均方值声电压的均方值无噪声无噪声RCRC网络的网络的传递函数为:传递函数为:故故等效噪声等效噪声带宽为:带宽为:第9页,此课件共46页哦电抗元件的热噪声?电抗元件的热噪声?第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点理想电抗元件不产生热噪声理想电抗元件不产生热噪声实际的电感和电容,由于存在一定实际的电感和电容,由于存在一定的损耗电阻或漏电导,而被认为是的损耗电阻或漏电导,而被认为是有噪元件有噪元件电
8、感的损耗电阻一般不能忽略电感的损耗电阻一般不能忽略电容的损耗电阻通常可以忽略电容的损耗电阻通常可以忽略第10页,此课件共46页哦晶体管的噪声晶体管的噪声(一一)第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点晶体管噪声的来源有如下四种:晶体管噪声的来源有如下四种:热噪声热噪声晶体管三个区的体电阻和引线电阻均会晶体管三个区的体电阻和引线电阻均会产生热噪声。其中产生热噪声。其中 为主要噪声源为主要噪声源散粒噪声散粒噪声(散弹噪声散弹噪声)由于载流子随机通过由于载流子随机通过PNPN结,使得不同的结,使得不同的瞬间发射极或集电极电流在平均值上下作瞬间发射极或
9、集电极电流在平均值上下作不规则的起伏变化而形成不规则的起伏变化而形成其电流功率谱密度为:其电流功率谱密度为:散粒噪声也是与频率无关的白噪声,但散粒噪声也是与频率无关的白噪声,但其大小与平均电流值其大小与平均电流值 成正比。故在低成正比。故在低噪声放大器中,第一级的工作电流设计噪声放大器中,第一级的工作电流设计得较小得较小第11页,此课件共46页哦晶体管的噪声晶体管的噪声(二二)第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点分配噪声分配噪声由于载流子在基区复合的随机性,造成集电由于载流子在基区复合的随机性,造成集电极和基极电流的随机波动而引起的噪声,也
10、极和基极电流的随机波动而引起的噪声,也是电流噪声是电流噪声低频噪声低频噪声包括闪烁噪声包括闪烁噪声(噪声噪声)及爆裂噪声,及爆裂噪声,通常与晶体管表面状态或内部缺陷有关通常与晶体管表面状态或内部缺陷有关闪烁噪声的特点是在低频闪烁噪声的特点是在低频(几千赫以下几千赫以下)区区域,其噪声强度显著增加,且随频率降低而域,其噪声强度显著增加,且随频率降低而升高,大体上与频率成反比升高,大体上与频率成反比工作频率越高,分配噪声越大工作频率越高,分配噪声越大闪烁噪声是低频电子线路的主要噪声源,闪烁噪声是低频电子线路的主要噪声源,也存在于其它元器件中也存在于其它元器件中第12页,此课件共46页哦场效应管的噪
11、声场效应管的噪声第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点沟道热噪声沟道热噪声由导电沟道中多子不规则的热运动而产生,由导电沟道中多子不规则的热运动而产生,是场效应管的主要噪声源是场效应管的主要噪声源栅极感应噪声栅极感应噪声产生原因与双极型晶体管大致相同产生原因与双极型晶体管大致相同沟道热噪声通过栅极电容沟道热噪声通过栅极电容 的耦合,在的耦合,在栅极上感应而产生噪声,其值随功率频栅极上感应而产生噪声,其值随功率频率及率及 的增高而变大的增高而变大闪烁噪声闪烁噪声(噪声噪声)栅极散粒噪声栅极散粒噪声由栅极内电荷的不规则起伏引起由栅极内电荷的不规则起
12、伏引起第13页,此课件共46页哦二极管的噪声二极管的噪声第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点二极管正偏状态二极管正偏状态正偏状态下的二极管也存在散弹噪声电流,正偏状态下的二极管也存在散弹噪声电流,在低频范围内还需要考虑其闪烁噪声在低频范围内还需要考虑其闪烁噪声二极管反偏状态二极管反偏状态由于反向饱和电流较小,故散弹噪声较小由于反向饱和电流较小,故散弹噪声较小反偏工作状态下主要针对稳压二极管反偏工作状态下主要针对稳压二极管齐纳型稳压管主要呈现的是散弹噪声,齐纳型稳压管主要呈现的是散弹噪声,在频率较低时也有闪烁噪声在频率较低时也有闪烁噪声雪崩型
13、稳压管的噪声较大,除散弹噪声雪崩型稳压管的噪声较大,除散弹噪声外还有由于外还有由于PNPN结内的缺陷和不均匀性而结内的缺陷和不均匀性而造成的多态噪声造成的多态噪声第14页,此课件共46页哦天线噪声天线噪声(一一)第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点天线欧姆电阻产生的噪声,通常可忽略天线欧姆电阻产生的噪声,通常可忽略接收外来噪声能量接收外来噪声能量主要包括接收周围介质辐射的噪声能量和各主要包括接收周围介质辐射的噪声能量和各种外界环境噪声,与其周围的介质温度、天种外界环境噪声,与其周围的介质温度、天线的指向及频率有关线的指向及频率有关接收天线端
14、口噪声的两个来源:接收天线端口噪声的两个来源:用天线的辐射电阻用天线的辐射电阻 在温度在温度 产生的热产生的热噪声来表示天线的噪声性能:噪声来表示天线的噪声性能:天线的等效噪声温度,:天线的等效噪声温度,不一定等于天线周围的温度不一定等于天线周围的温度当天线与接收机输入端匹配时,额定噪声功当天线与接收机输入端匹配时,额定噪声功率为:率为:第15页,此课件共46页哦天线噪声天线噪声(二二)第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点天线的环境噪声是指大气电离层的衰天线的环境噪声是指大气电离层的衰落和天气的变化等因素引起的自然噪落和天气的变化等因素引起
15、的自然噪声,以及来自太阳、银河系和月球的声,以及来自太阳、银河系和月球的无线电辐射产生的宇宙噪声。环境噪无线电辐射产生的宇宙噪声。环境噪声是不稳定的,在空间的分布也是不声是不稳定的,在空间的分布也是不均匀的。例如,自然噪声随季节、昼均匀的。例如,自然噪声随季节、昼夜时间以及频率的变化都将发生变化;夜时间以及频率的变化都将发生变化;通常,银河系的辐射较强,其主要影通常,银河系的辐射较强,其主要影响在米波段以下,长期观测表明,这响在米波段以下,长期观测表明,这种影响是稳定的;太阳的影响最大又种影响是稳定的;太阳的影响最大又极不稳定,它与太阳的黑子变化等有极不稳定,它与太阳的黑子变化等有关关第16页
16、,此课件共46页哦多个噪声源作用于电路时的计算多个噪声源作用于电路时的计算第第第第一一一一节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的来来来来源源源源和和和和特特特特点点点点若各噪声源是互不相关的,即各噪声源若各噪声源是互不相关的,即各噪声源中任一噪声源在某特定时间上的噪声电中任一噪声源在某特定时间上的噪声电压的瞬时值与另一噪声源在该时间上的压的瞬时值与另一噪声源在该时间上的数值大小无关,则总输出噪声功率等于数值大小无关,则总输出噪声功率等于各自输出功率之和各自输出功率之和否则需要考虑噪声源之间的相关系数否则需要考虑噪声源之间的相关系数第17页,此课件共46页哦信噪比的定义信噪比的定义第第第第二二二二节
17、节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的表表表表示示示示和和和和计计计计算算算算从噪声对信号影响的效果来看,不在从噪声对信号影响的效果来看,不在于噪声电平的绝对值的大小,而在于信于噪声电平的绝对值的大小,而在于信号功率与噪声功率的相对值号功率与噪声功率的相对值所以在电路的某一点所以在电路的某一点上,常用信号功率与噪上,常用信号功率与噪声功率的比值声功率的比值(即信噪即信噪比比 )来表示噪声对有来表示噪声对有用信号的影响用信号的影响信噪比不能表示从输入到输出电路在信信噪比不能表示从输入到输出电路在信号中注入了多少噪声号中注入了多少噪声第18页,此课件共46页哦噪声系数的定义噪声系数的定义第第第第二二二二
18、节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的表表表表示示示示和和和和计计计计算算算算即网络输入端的信噪比即网络输入端的信噪比和输出端信噪比的比值和输出端信噪比的比值:电路对信号的功率增益:电路对信号的功率增益:输入噪声经过电路后,在电路输出:输入噪声经过电路后,在电路输出端产生的噪声功率端产生的噪声功率 :电路内部噪声在:电路内部噪声在输出端产生的噪声功输出端产生的噪声功率率第19页,此课件共46页哦噪声系数的定义噪声系数的定义(例例)第第第第二二二二节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的表表表表示示示示和和和和计计计计算算算算设某放大器的功率增益设某放大器的功率增益 ,其固有噪声功率其固有噪声功率 。分别
19、计算。分别计算 和和 时的噪声系数之值时的噪声系数之值解:解:故为使噪声系数有一个确切的定义,故为使噪声系数有一个确切的定义,输输入噪声功率一般规定为信号源内阻产生入噪声功率一般规定为信号源内阻产生的热噪声功率的热噪声功率第20页,此课件共46页哦噪声系数示例噪声系数示例第第第第二二二二节节节节:噪噪噪噪声声声声的的的的表表表表示示示示和和和和计计计计算算算算NFNF频率特性曲线频率特性曲线噪声系数等值线图。噪声系数等值线图。可见噪声系数还和放可见噪声系数还和放大器的工作条件有关大器的工作条件有关第21页,此课件共46页哦级联电路的噪声系数级联电路的噪声系数第第第第二二二二节节节节:噪噪噪噪声
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