高频放大器类型和参数
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笫3章 高频放大器
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( * )
2021年3月9日
高频放大器类型和参数
1源自文库
3.4 放大器的噪声
随机噪声是所有电阻和
3.4.1 电阻的热噪声
电子器件固有的，是通 信系统内部噪声的主要
（2）噪声功率和噪声电压：
•在相当长的观测时间内，噪声电压或电流的平均值趋
于零：
vn
lim
T
1 T
v t t0 T
t0
n
dt 0
•噪声功率则趋于一有限值：
Pn
1 T
T 0
vn2
(t )dt
•噪声功率也可用噪声电压方均值表示。（单位电阻）
vn2
lim
T
1 T
T 0
vn2
(t
)dt
vn(t)
举例：在常温（T=290K）下工作的1k电阻，与带宽为 BW=100kHz的理想网络相连接，求该电阻的噪声电压均方值 与噪声电压均方根值。
vn2 4kTRf 41.381023 2901103 100103
1.61012 V 2
vn,rms vn2 1.61012 1.26106 V 1.26V
3.4.2 电子器件的噪声 来源，它限制了系统处
3.4.3 噪声系数 3.4.4 级联网络的噪声
理微弱信号的能力，因 此是决定通信接收机性 能的关键因素。
3.4.5 噪声温度
3.4.6 接收机的灵敏度与最小可检测信号
3.4.7 低噪声放大器的指标（补充）（*）
3.4.8 低噪声放大器（*）
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1
2RC
3.4.2 电子器件的噪声
（1）晶体管的噪声 （2）场效应管的噪声
2021年3月9日
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13
3.4.2 电子器件的噪声（续1）
（1）晶体管的噪声
▪ 电阻热噪声（白噪声）： 各电极的体电阻（基极体电阻） 自由电子热运动产生的噪声。
▪ 散粒噪声： （白噪声） 这是电子流的不均匀性引起的。
（7）等效噪声频带与半功率点频带：
Wv( f )
▪物理意义：
•宽度为 BWn的矩形面积与 曲线下面的面积是相等的， 定义其为等效噪声频带。
BW BW n 2021年3月9日
•左图所示半功率点频带 和等效
f
噪声频带 BWn之间的关系。
高频放大器类型和参数
11
3.4.1 电阻的热噪声（续9）
例：RC并联电路如图，求端口噪声电压均方值。
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2
3.4.1 电阻的热噪声
（1）电阻热噪声的产生机理 （2）噪声功率和噪声电压 （3）噪声电压功率谱密度 （4）白色噪声和有色噪声 （5）电阻器的噪声等效电路 （6）电阻器的噪声等效电路的计算 （7）等效噪声频带与半功率点频带
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3.4.1 电阻的热噪声（续1）
Wv f 4kTR
▪单位频带的噪声电压功率在很宽的频带内均可视为是一恒定 值；（1010Hz <<1013Hz ）；
▪所以命名电阻热噪声为白噪声。
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3.4.1 电阻的热噪声（续4）
（4）白色噪声和有色噪声：
•电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围内均为恒定，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”。
v2 b 'b
4k Trb 'b f
ie2n 2qIEf
i2
cn0
2qIcof
▪ 分配噪声： （有色噪声） 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。
dic2p
2qIC (1
2 0
)df
▪ 1 / f 噪声： （有色噪声） 闪烁噪声，低频时比较显著。在1KHz以上，则可以忽略。
共基极晶体管噪声等效电路
3.4.2 电子器件的噪声（续2）
（2）场效应管的噪声
▪ 沟道电阻热噪声（白噪声） ： 由导电沟道电阻产生的噪声。
t
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3.4.1 电阻的热噪声（续3）
（3）噪声电压功率谱密度为：
Wv
f
1
4kTR
f
2
V 2 Hz
玻尔兹曼常数：k 1.38 1023 J K
T：热力学温度KC 273
▪单位频带的噪声功率很小： 4kT 1.661020 W Hz
▪电阻热噪声的频率覆盖范围很宽： = 1013-1014 为自由电子 每秒碰撞次数，一般来说，f<<，所以有近似式
（1）产生机理：自由电子的无规则热运动产生的。 •自由电子与晶格碰撞，产生持续时间 = 10-13-10-14 s的 电窄脉冲；这些电冲击是连续的、随机起伏的，可被 视为是一个平稳随机过程。 ； •这无数个电窄脉冲叠加的总效果定义为电阻热噪声；
vn(t) t
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3.4.1 电阻的热噪声（续2）
H j 1/ jC 1
R 1/ jC 1 jRC
vn2
0
win
(
f
)
H
(
jf
)
2
df
1
kT
0 4kTR• 1 (2fRC)2 df C
由: vn2
kT C
4kTRf可以得出：等效噪声带宽：BWn
f
1 4RC
▪RC并联电路的等效噪声带宽稍大于半功率点通频带。
半功率点通频带：BW3dB
（6）电阻器的噪声等效电路的计算： ▪串连电阻的噪声等效电路
R R1 R2
vn2 vn21 vn22
4kTR1 R2 f
4kTRf
▪问题1：如果两个电阻的温度不同，如何等效？
▪问题2：如果两个电阻并联，如果等效？
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3.4.1 电阻的热噪声（续8）
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3.4.1 电阻的热噪声（续6）
（5）电阻器的噪声等效电路： •为了便于电路的噪声特性分析，实际电阻器一般被等效 为一理想无噪声电阻与噪声功率源相串联的电路。
▪问题：如果用噪声等效电流源，如何表示？
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3.4.1 电阻的热噪声（续7）
•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。
vn2
0 wout ( f )df
0
win (
f
)
H
(
jf
)
2
df
3.4.1 电阻的热噪声（续5）
若在频带△f内，传输函数具有常数幅度特性，则噪声电
压均方值为：
vn2
0 wout ( f )df 4kTRf
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( * )
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3.4 放大器的噪声
随机噪声是所有电阻和
3.4.1 电阻的热噪声
电子器件固有的，是通 信系统内部噪声的主要
（2）噪声功率和噪声电压：
•在相当长的观测时间内，噪声电压或电流的平均值趋
于零：
vn
lim
T
1 T
v t t0 T
t0
n
dt 0
•噪声功率则趋于一有限值：
Pn
1 T
T 0
vn2
(t )dt
•噪声功率也可用噪声电压方均值表示。（单位电阻）
vn2
lim
T
1 T
T 0
vn2
(t
)dt
vn(t)
举例：在常温（T=290K）下工作的1k电阻，与带宽为 BW=100kHz的理想网络相连接，求该电阻的噪声电压均方值 与噪声电压均方根值。
vn2 4kTRf 41.381023 2901103 100103
1.61012 V 2
vn,rms vn2 1.61012 1.26106 V 1.26V
3.4.2 电子器件的噪声 来源，它限制了系统处
3.4.3 噪声系数 3.4.4 级联网络的噪声
理微弱信号的能力，因 此是决定通信接收机性 能的关键因素。
3.4.5 噪声温度
3.4.6 接收机的灵敏度与最小可检测信号
3.4.7 低噪声放大器的指标（补充）（*）
3.4.8 低噪声放大器（*）
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1
2RC
3.4.2 电子器件的噪声
（1）晶体管的噪声 （2）场效应管的噪声
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3.4.2 电子器件的噪声（续1）
（1）晶体管的噪声
▪ 电阻热噪声（白噪声）： 各电极的体电阻（基极体电阻） 自由电子热运动产生的噪声。
▪ 散粒噪声： （白噪声） 这是电子流的不均匀性引起的。
（7）等效噪声频带与半功率点频带：
Wv( f )
▪物理意义：
•宽度为 BWn的矩形面积与 曲线下面的面积是相等的， 定义其为等效噪声频带。
BW BW n 2021年3月9日
•左图所示半功率点频带 和等效
f
噪声频带 BWn之间的关系。
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11
3.4.1 电阻的热噪声（续9）
例：RC并联电路如图，求端口噪声电压均方值。
高频放大器类型和参数
2
3.4.1 电阻的热噪声
（1）电阻热噪声的产生机理 （2）噪声功率和噪声电压 （3）噪声电压功率谱密度 （4）白色噪声和有色噪声 （5）电阻器的噪声等效电路 （6）电阻器的噪声等效电路的计算 （7）等效噪声频带与半功率点频带
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3.4.1 电阻的热噪声（续1）
Wv f 4kTR
▪单位频带的噪声电压功率在很宽的频带内均可视为是一恒定 值；（1010Hz <<1013Hz ）；
▪所以命名电阻热噪声为白噪声。
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3.4.1 电阻的热噪声（续4）
（4）白色噪声和有色噪声：
•电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围内均为恒定，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”。
v2 b 'b
4k Trb 'b f
ie2n 2qIEf
i2
cn0
2qIcof
▪ 分配噪声： （有色噪声） 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。
dic2p
2qIC (1
2 0
)df
▪ 1 / f 噪声： （有色噪声） 闪烁噪声，低频时比较显著。在1KHz以上，则可以忽略。
共基极晶体管噪声等效电路
3.4.2 电子器件的噪声（续2）
（2）场效应管的噪声
▪ 沟道电阻热噪声（白噪声） ： 由导电沟道电阻产生的噪声。
t
2021年3月9日
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3.4.1 电阻的热噪声（续3）
（3）噪声电压功率谱密度为：
Wv
f
1
4kTR
f
2
V 2 Hz
玻尔兹曼常数：k 1.38 1023 J K
T：热力学温度KC 273
▪单位频带的噪声功率很小： 4kT 1.661020 W Hz
▪电阻热噪声的频率覆盖范围很宽： = 1013-1014 为自由电子 每秒碰撞次数，一般来说，f<<，所以有近似式
（1）产生机理：自由电子的无规则热运动产生的。 •自由电子与晶格碰撞，产生持续时间 = 10-13-10-14 s的 电窄脉冲；这些电冲击是连续的、随机起伏的，可被 视为是一个平稳随机过程。 ； •这无数个电窄脉冲叠加的总效果定义为电阻热噪声；
vn(t) t
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3.4.1 电阻的热噪声（续2）
H j 1/ jC 1
R 1/ jC 1 jRC
vn2
0
win
(
f
)
H
(
jf
)
2
df
1
kT
0 4kTR• 1 (2fRC)2 df C
由: vn2
kT C
4kTRf可以得出：等效噪声带宽：BWn
f
1 4RC
▪RC并联电路的等效噪声带宽稍大于半功率点通频带。
半功率点通频带：BW3dB
（6）电阻器的噪声等效电路的计算： ▪串连电阻的噪声等效电路
R R1 R2
vn2 vn21 vn22
4kTR1 R2 f
4kTRf
▪问题1：如果两个电阻的温度不同，如何等效？
▪问题2：如果两个电阻并联，如果等效？
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3.4.1 电阻的热噪声（续8）
2021年3月9日
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8
3.4.1 电阻的热噪声（续6）
（5）电阻器的噪声等效电路： •为了便于电路的噪声特性分析，实际电阻器一般被等效 为一理想无噪声电阻与噪声功率源相串联的电路。
▪问题：如果用噪声等效电流源，如何表示？
2021年3月9日
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9
3.4.1 电阻的热噪声（续7）
•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。
vn2
0 wout ( f )df
0
win (
f
)
H
(
jf
)
2
df
3.4.1 电阻的热噪声（续5）
若在频带△f内，传输函数具有常数幅度特性，则噪声电
压均方值为：
vn2
0 wout ( f )df 4kTRf