1、谐振回路 小信号谐振放大器 集中选频放大器 放大器的噪声,第 2 章 小信号选频放大器,调谐放大器是高频电路中一种最基本、最常见的电 路形式。它是高频放大器的一种。高频小信号调谐放大器是由调谐回路与晶体管相结合而 成，其突出优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应 用于各类接收设备中。,接收天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只 有几微伏到几毫伏，而接收设备内解调器的输入电压，最 好能达到1伏左右，这就要求接收机对高频信号的放大能力 要达到几千倍到10万倍左右。 另外,接收天线所感应的信号，除了有要接收的电台信 号外，还有干扰信号。如果采用没有选择性的放大器进行 放大，势必使要接收的信号
2、被淹没在其它电台的干扰中。,为了解决这个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样 构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。选频网络可以用 LC 谐振回路组成，也可以由集中选频滤 波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放 大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此得 到广泛应用。,2.1 谐振回路,谐振回路是高频电路里最常用的无源选频网络，包括并联 回路和串联回路两种结构类型。它能选出我们需要的频率分 量 ，滤除不需要的频率分量。利用谐振回路的幅频特性和相频特性，不仅进行选频，而 且还可以进行信号的频幅转换和频相转换。另外，用LC元件 还可组成各种形式的阻抗变换电
3、路和匹配电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是 不可缺少的重要组成部分。,信号源与电容和电感串接，就构成串联振荡回路。,一、并联谐振回路的选频特性,谐振回路:由电感线圈和电容器组成它具有选择信号及阻抗变换作用。 简单的谐振回路有串联、并联谐振回路。串联谐振回路适用于信号源内阻等于零或很小的情况（恒 压源），如果信号源内阻很大，采用串联谐振回路将严重降 低回路的品质因数，使回路的选择性变坏（通频带过宽）。 谐振放大器中，LC并联谐振回路应用最为广泛。,电流源,并联回路两端输出电压,根据电路分析基础知识，可以 直接给出LC并联谐振回路的某 些主要参数及其表达式：,1、并联谐振回
4、路阻抗频率特性,电感L、电容C和外加信号源组成的并联谐振回路。 r是电感L的等效损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。,在研究并联谐振回路时，采用恒流源（外加信号源内阻很大）分析比较方 便，且也不考虑信号源内阻的影响。,1) 并联谐振回路的等效阻抗Z:,在实际应用中，通常都满足r L，则有,等效电路,采用导纳分析并联谐振回路及其等效电路比较方便 ，为些 引入并联谐振回路的导纳。,并联谐振回路的导纳Y=1/Z=G+jB,当电纳B=0时，回路产生谐振,2) 谐振电阻RP（回路谐振时的等效阻抗 ）当C=1/L 时,称并联回路谐振,此时并联谐 振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,可得:,3) 谐振频率0当
5、L=1/C 时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的谐振频率0:,当wLr时，并联回路谐 振时角频率又为多少？,4)品质因数Q（简称Q值）为了评价谐振回路损耗的大小,引入了品质因数Q,称为Q值. Q值的定义: 谐振回路谐振时的感抗(或容抗)与回路等效损耗电阻r之比,即,Q与并联谐振电阻RP的关系:LC谐振回路的Q值在几十到几百范 围内,Q值越大,回路的损耗越小,其选频特性就越好。,上式表明，在谐振时，并联谐振回路的谐振电阻等于感抗 值或容抗值的Q倍。当Q远大于1时，这个电阻值是很大的。,5)并联谐振回路阻抗频率特性可得并联谐振回路阻抗频率特性电性:,并联谐振回路的阻抗只有在谐振时才是纯电阻，
6、并达到最大值。 失谐时，并联谐振回路的等效阻抗Z包括电阻Re和电抗Xe。,谐振回路主要研究谐振频率0附近特性。由于十分接近0 ，故可以近似认为 ，并令 ，则,6)并联回路阻抗频率特性和相频特性,阻抗频率特性,Q 值增大，曲线？,Q 值增大，曲线变陡,并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为,相频特性,Q 值增大，曲线？,Q 值增大，曲线变陡,当ww0时，回路等效阻抗中的电抗是容性的； 当ww0时，回路等效阻抗中的电抗是感性的；,解 （1）求f0、Q、Rp,例2.1.1 L = 180 H, C = 140 PF, r = 10 , 试求 （1） f0、Q、Rp ； （2）f =10kHz、
7、50kHz时的等效阻抗和相移。,（2）求回路失谐时的等效阻抗和相移。,2、并联谐振回路的通频带和选择性1）电压谐振曲线当维持信号源的幅值不变时，只改变其频率， 并联回路两端电压变化规律与回路阻抗频率特性相 同。则,输出电压的幅频特性输出电压的相频特性,Q越大，幅频特性曲线越尖锐，相 移特性曲线越陡峭。,2）通频带（1）通频带的定义当占有一定频带宽度的信号在并联回路中传输时，由 于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免产生频率 失真，为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路 的通频带。,当 值由最大值 1 下降到0.707时，所占有的 频带宽度就是回路的通频带，用BW0.7表示。,（2
8、)通频带的表达式,Q值越高，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄。,3）选择性是指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信 号、抑制干扰信号的能力。选择性可用通频带以外无用信号的输出电压与谐振时 输出电压之比来表示，其值越小，说明谐振回路抑制无用 信号的能力越强，选择性越好。,选择性：输出电压下降到最大值的0.1倍时所对应的2f 所对应的值，记为BW0.1,Q越高, 通频带越窄, 选择性越好,矩形系数：用K0.1 符号表示。,矩形系数越接近于1，则谐振回路幅频曲线越接近于矩形，回 路的选择性也就越好。,单个并联谐振回路的矩形系数远大于1，K0.1=10。故其选择性 比较差。,二、 阻抗变换电路,1
9、、信号源及负载对谐振回路的影响,在实际中，谐振回路必须与信号源和负载相连接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对谐振回路产生影响，不但会使品质因数Q下降，选择性变差，而且还会使谐振回路的调谐频率发生偏移。,原L、r串联电路的导纳为,可见，Y可以看成一个电阻与电感L的并联电路。 由于谐振回路通常研究在谐振频率附近的特性，所以,Re= RL / RS /RP,有载品质因数：,空载品质因数：,信号源及负载使回路品质因数下降, 通频带变宽，选择性变差,L与r的串联转化为L与RP的并联,并联谐振通常适用于信号源内阻很大（恒流源）和负载电阻 也较大的情况，以使Q较高而获得较好的选择性。,Re、RL愈小， QL
10、下降愈多。,例2 L = 586 H, C = 200 PF, r = 12 , RS =RL= 200 k ，试分析信号源及负载对谐振回路特性的影响。,计算无 RS、 RL时回路的固有特性,计算有 RS、 RL时回路的特性,由于L、C基本不变，故谐振频率 f0 仍为465kHz,Re= RL / RS /RP=71k,1. 变压器阻抗变换电路(设变压器为无耗的理想变压器),2、常用阻抗变换电路,信号源及负载使回路品质因数下降, 通频带变宽，选择性 变差，解决问题的办法之一是利用阻抗变换电路提高输出电阻 的等效值。,变压器阻抗变换电路(设L1 、L2无耗),电感分压器阻抗变换电路(设L1 、L
11、2无耗),当RL L2时, 可忽略RL分流，可证明,电容分压分压器阻抗变换电路(设C1 、C2无耗),当RL 1/ C2, 可忽略RL分流,例3 图中，线圈匝数 N12 = 10 匝,N13 = 50 匝,N45 = 5 匝,L13= 8.4 H, C = 51 PF, Q =100, Is = 1 mA , RS =10 k, RL= 2.5 k, 求Qe、BW0.7、Uo,= 250 k,= 250 k,解：将Is 、RS (1-2两端)、 RL (4-5两端)均折算到并联谐振回路1-3两端,= 40.6 k,BW0.7 = f 0 / Qe =103 kHz,例 1 设一放大器以简单并联
12、振荡回路为负载, 信号中心频率fs=10MHz, 回路电容C=50 pF, (1) 试计算所需的线圈电感值。(2) 若线圈品质因数为Q=100, 试计算回路谐振电阻及回路带宽。 (3) 若放大器所需的带宽B=0.5 MHz, 则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?,解 : (1) 计算L值, 可得,将f0=fs=10 MHz代入, 得,(2) 回路谐振电阻和带宽,回路带宽为,(3) 求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。 设回路上并联电阻为R1, 并联后的总电阻为R1R0, 总的回路有载品质因数为QL。 由带宽公式, 有,此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故,回路总电阻为,需要在
13、回路上并联7.97 k的电阻。,以谐振回路为选频网络的高频小信号放大器称为小信号谐振放大器或小信号调谐放大器。作用：选出有用频率信号并加以放大，而对无用频率信号予以抑制。构成：小信号放大器LC谐振回路,2.2 小信号谐振放大器,高频放大器与低频放大器的主要区别：二者的工作频率范围和所需要通过的频带宽度有所不 同，所以采用的负载也不相同。低频放大器的工作频率低，但整个工作频带宽度很宽， 例如20-20kHz，高低频率的极限相差达1000倍，所以它们 都是采用无调谐负载，例如电阻、有铁心的变压器等。调频放大器的中心频率一般在几百千Hz至几百兆Hz，但 所需要通过的频率范围和中心频率相比往往得很小的
14、，或 者只工作于某一频率，因此一般都是采用徒步网络组成谐 振放大器或非谐振放大器。,什么是谐振放大器？采用调谐回路作为负载的放大器。根据谐振回路的物性，谐振放大器对于靠近谐振频率的 信号，有较大的增益；而对于远离谐振频率的信号，增益 迅速下降。因此，谐振放大器不仅具有放大作用还具有选频或滤波的作用。,分类 按放大信号的强弱： 1）大信号谐振放大器：用于高频功率放大 2）小信号谐振放大器：用于电压放大 按选频方式（小信号） 1）分散选频：单调谐、双调谐 2）集中选频：由集成宽放和集中滤波器构成。,对高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体 管的纯属范围内。这就允许把晶体管看成线性元
15、件，因此可用等效电路来分析。,晶体管在高频小信号运用时，它的等效电路主要有两种形式：Y参数等效电路混合等效电路,一、 晶体管的Y参数等效电路,Y参数通过仪器测量，或查手册，或由混合型等效电路求取,输出端交流短路时的输入导纳,输出端交流短路时的正向传输导纳,输入端交流短路时的反向传输导纳,输入端交流短路时的输出导纳,Y参数的缺点：随频率变化；物理含义不明显。,Y参数的优点：没有涉及晶体管内部的物理过程，适用于 任何四端（三端）器件。,晶体管的混合等效电路,优点： 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。 缺点： 分析电路不够方便。,若工作在截止频率，晶体管是否还能起到放大作用？,晶体管的高频参数,
16、1. 截止频率,共发射极电路的电流放大系数随工作频率的上升而下降。,晶体管的高频参数,2. 特征频率,当f fT后，共发接法的晶体管将不再有电流放大能力，但仍可能有电压增益，而功率增益还可能大于1。,可以粗略计算在某工作频率f f的电流放大系数。,晶体管的高频参数,3. 最高振荡频率fmax,f fmax后， Gp1，晶体管已经不能得到功率放大。,由于晶体管输出功率恰好等于其输入功率是保证它作为自激振荡器的必要条件，所以也不能使晶体管产生振荡。,晶体管的高频参数,通常，为使电路工作稳定，且有一定的功率增益，晶体管的实际工作频率应等于最高振荡频率的1/31/4,二、单调谐回路谐振放大器,高频小信
17、号放大器的电路分析包括： 1） 多级分单级 2） 静态分析 3） 动态分析 4） 整合系统几个基本步骤。,1、放大电路及其等效电路,多级分单级,前级放大器是本级放大器的信号源； 后级放大器是本级放大器的负载。,其简化规则：交流输入信号为零；所有电容开路；所有电感短路。,结论：Rb1、Rb2、Re为偏置电阻，提供静态工作点；,静态分析,画出直流等效电路,其简化规则： 有交流输入信号，所有直流量为零； 所有大电容短路；所有大电感开路。（谐振回路L、C保留）,动态分析,1,1)画出交流等效电路,+u31-,+v21-,2) 画出交流小信号等效电路，,负载和回路之间采用了变压器耦合，接入系数,晶体管集
18、、射回路与振荡回路之间采用抽头接入，接入系数,出于分析的方便，假定晶体管不存在内反馈，即yre=0。,把晶体管集电极回路和负载 折合到振荡回路两端,由此，可得放大器等效回路的谐振频率为,回路的有载品质因数为,为了减小晶体管及负载以谐振回路的影响,除应选用Yoe 、 Yie小的晶体管外，还应选择小较大的匝比n1 、n2。,2、电压增益、选择性和通频带,电压增益,归一化电压增益的幅频特性为,单级单调谐放大器的性能：,谐振频率：,通频带：,矩形系数：,其中：C为等效的回路总电容。,其中：可见其矩形系数远大于1，选择性较差。,其中：Qe为回路的有载品质因数。,BW0.1=BW0.7,通频带BW0.7,
19、通常通频带与选择性矛盾，用矩形系数K 0.1综合评价,K 0.1越接近1, 选择性越好,选择性 BW0.1： BW0.1 越小，选择性越好,通带增益 Auo,单调谐放大器的级间耦合网络形式,三、多级单调谐回路谐振放大器,每级谐振回路均调谐在同一频率上,各级谐振回路调谐在不同频率上,若单级放大器的增益不能满足要求，就要采用多级放大器,总电压放大倍数,1、同步调谐放大器,2、双参差调谐放大器,总幅频特性更接近于矩形， 选择性比单调谐放大器好,总通频带可宽于各级的。,四、调谐放大器的稳定性,1、调谐振放大器不稳定的原因,1）Yre0 ，从而引起内部反馈。 2）谐振回路阻抗特性剧烈变化的特性更使这种内
20、反馈随频率变化而剧烈变化，使放大器的频率特性发生变化，增益、通频带、选择性等都发生变化，导致放大器工作不稳定。严重时会在某频率点满足自激条件，产生自激振荡。 3）频率越高，回路Q值越大，放大器工作越不稳定。,以上分析时，假定Yre0，即输出电路对输入端没有影响，放大器工作于稳定状态。,2、提高调谐振放大器稳定性的方法,1）中和法,这种方法简单，但是由于CN是固定的，因而它只能在一个频率上 起到较好的中和作用，而不能中和一个频率，且不易调节。,中和法是通过外接电容CN以抵消Cbc的反馈。,2）失配法,增大负载导纳YL，使回路总导纳增大，导致输出回路失配，输出电压减小，从而减小内反馈。,失配法以牺
21、牲增益为代价。在设计小信号谐振放大器时，通常不追求很高的增益，而是以稳定工作为前提。,3、集成调谐放大器,是一个双端输入、双端输出的全差动式电路。带宽为10MHz。内反馈很小，且具有工作频率高、不易自激等优点,单端输出,输入、输出回路均调谐在信号的中心频率上。,2.3 集中选频放大器,组成：集成宽带放大器 集中选频滤波器,由多级差分放大电路组成,常用的有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等。,一、集中选频滤波器,1）利于电路和设备的微型化，便于大量生产； 2）可提高电路和系统的稳定性，改善系统性能； 3）使电路和系统的设计更加简化。,（1）晶体滤波器（第四章再介绍） （2）陶瓷滤波器
22、（3）声表面波滤波器,高频电路中常用的集中选频滤波器：,优点：,1、 陶瓷滤波器,某些陶瓷材料(如常用的锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3)经直流高压电场极化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这些陶瓷材料称为压电陶瓷材料。,1）等效电路和晶体谐振器相同；,2）Q值较晶体小得多(约为数百)，但比LC滤波器的高；,3）串、并联频率间隔也较大。,因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，但选择性稍差。,具有压电效应,当陶瓷片发生机械变形时，其表面会产生电荷，两极间产生电压；而当陶瓷片两极间加上电压时，它会产生机械变形。,阻抗频率特性,串联谐振频率,并联谐振频率, 20 ,达100 k,当外加交变电压的频率
23、等于陶瓷片固有频率时，机械振动幅度最大，陶瓷片表面产生电荷量的变化也最大，在外电路中产生的电流也最大，其作用类似于串联谐振回路。,陶瓷片的Q值比一般LC回路的大，将各陶瓷片的串并联谐振频率配置得当时，四端陶瓷滤波器可获得接近矩形的幅频特性。,陶瓷滤波器的优缺点,优点：体积小、成本低、受外界影响小。,缺点：频率特性较难控制，生产一致性较差，BW不够宽，,石英晶体滤波器特性与陶瓷滤波器相似，但Q值高很多，因此频率特性好，但价格较高。,对中频信号呈现极小的阻抗，此时负反馈最小，增益最大。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器负反馈增大，增益下降。,陶瓷滤波器应用电路,2、声表面波滤波器,声表面波滤波器
24、是声表面波（SAW）器件的一种。,在压电固体材料表面产生和传播弹性波， 其振幅随深入固体材料的深度而迅速减小。,功能：,用做滤波器、延迟线、匹配滤波器(对某种高频已调信号的匹配)、信号相关器和卷积器等。,什么是SAW?,声表面波滤波器优点： 体积小、重量轻、性能稳定、特性一致性好、工作频率高（几MHz几GHz）、通频带宽、抗辐射能力强、动态范围大等,工作机理：,当输入信号加到发端换能器上时，叉指间便产生交变电场，由于压电效应，在基片表面激起同频率的声表面波，并从发端沿基片向收端传播。到达收端后，在收端换能器的叉指间产生信号，并传送给负载。 除一端被吸收材料吸收外，另一端的换能器将它变为电信号输
25、出。,基片： 压电效应材料,均匀叉指 SAW,幅频特性,主要特性：,(1) 工作频率范围宽；,(2) 相对带宽也比较宽；,(3) 便于器件微型化和片式化；,(4) 带内插入衰减较大， 这是SAW器件的最突出问题，一般不低于 15 dB；,(5) 矩形系数可做到 1.12。,用于通信机的声表面波滤波器的传输恃性,矩形系数(图上40 dB与3 dB带宽之比) 约为1.1。,二、集中选频放大器应用举例,陶瓷滤波器输入端采用变压器耦合，输出端接跟随器，以实现阻抗匹配,并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器的主谐振频率上，用来消除 陶瓷滤波器通带以外出现的小谐振峰。 4.7 k用来展LC通带,并联谐振回路调谐在陶
26、瓷滤波器的主谐振频率上，用来消除陶瓷滤波器通带以外出现的小谐振峰。 4.7 k用来展LC通带,L1与分布电容并联谐振于中心频率。,L2、L3为匹配电感，用于抵消SAWF输入、输出端分布电容的影响，以实现阻抗匹配。、,C1 、C2、C3均为隔直耦合电容。 R2 、C4为电源去耦滤波电路,放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻、谐振回路和电子器件（晶体管、场效应管等）内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的。,2.4 放大器的噪声,这种无规则运动具有起伏噪声的性质。它是一种随机过程。,一、噪声的来源和特点,随机过程是不可能用某一确定的时间函数来描述。但是，它却遵循某一确定的统计规律，可以用其本身的概率
27、分布特性来充分地描述它的特性。,1、起伏噪声电压的平均值,2、起伏噪声电压的均方值,一般更常用起伏噪声的均方值来表示噪声的起伏强度。,3、非周期噪声电压的频谱,起伏噪声是由于带电微粒的无规则运动所产生的，这样所形成的噪声电压和电流可看成是无数个持续时间极短的脉冲叠加的结果。这些短脉冲是非周期的。,上式表明：单个噪声脉冲电压的振幅频谱密度在整个频率范围内可以看成是均等的。,4、起伏噪声电压功率频谱,单个脉冲的振幅频谱是均等的，则其功率谱也是均等的，则由各个脉冲的功率谱叠加而得到的整个噪声电压的功率谱也是均等的。因而，常用功率谱来说明起伏噪声电压的频率特性。,实际无线设备中，只有位于设备通频带内的
28、噪声才能通过。,由前面可知，起伏噪声的功率谱在极宽的频带内具有均匀的密度，因此起伏噪声也称白噪声。,这里的白噪声是指的在某一个频率范围内，S(f)保持常数。,电阻内的自由电子处于无规则的热运动状态，电子的碰撞时间很短，而电子的热运动会产生一种持续时间很短的脉冲电流。许多电子运动就会形成噪声电流，并在电阻两端产生噪声电压。这种由于自由电子的热运动所产生噪声，称为电阻热噪声，属于起伏噪声。,二、电阻热噪声,电阻热噪声属于白噪声。它具有极宽的频谱，且各个频率分量的强度相等。,在较长时间内，噪声电压的统计平均值为零，但是其噪声电压的均方值并不为零。,电阻热噪声具有极宽的频谱，虽然热噪声电压的振幅频 谱
29、无法确定，但功率频谱是完全确定的。理论和实践证明， 在单位频带(1Hz)内，电阻R两端的热噪声功率谱密度为：,电阻热噪声的功率谱示意图,则噪声电压的均方值为,则噪声电流的均方值为,则噪声电压的有效值为,由线圈与电容组成的并联谐振电路所产生的噪声电压均方值为,放大器频带越宽，温度越高，电阻值越大，则电阻热噪声的影响也越大。,电阻器的热噪声等效电路 (a)热噪声电压源；(b)热噪声电流源,串并联电阻的噪声计算,将电阻看作一个噪声电压（电流）源和一个理想无噪声的电阻一串联（并联）。,由于电阻热噪声为一随机量，不同电阻产生的热噪声电压 (电流)是彼此独立、互不相关的。因此，当电阻串、并联后，其 总噪声
30、应按均方值叠加的规则进行计算。例如，在相同温度下，电阻R1和R2串联后，其总噪声电压 的均方值应为,通常，电容器的损耗电阻可以忽略，而电感器的损耗 电阻一般不能忽略。因此，当一个无源网络中含有电抗元件 时，若考虑了电抗元件的损耗电阻后其等效阻抗为R+jX， 则产生热噪声的仅仅是它的电阻分量R，其噪声电压均方值 为,三、晶体管的噪声,热噪声： 晶体管三个中性区体电阻、相应的引线电阻等产生的电阻热噪声。发射极和集电极电阻的热噪声很小，可以忽略。,在基极中的噪声源是主要的热噪声源。,晶体管的噪声,散粒噪声：是晶体管的主要噪声源。由于单位时间内通过PN结的载流子数目随机起伏，使流过PN结的电流在平均值
31、上下作不规则的起伏变化而形成的噪声。 散粒噪声具体表现为发射极电流以及集电极电流的起伏现象。,分配噪声：晶体管发射极区注入到基区的少数载流子，一部分经过基极区到达集电极开成集电极电流，而一部分在基区复合。集电极电流随基区载流子复合数量的变化而变化所引起的噪声。,晶体管的噪声,闪烁噪声： 其频谱集中在约1kHz以下，且功率谱密度于频率成反比。在高频工作时不考虑其影响。,由上述可知，基极中的是热噪声。发射极中的是散粒噪声。集电极中的是分配噪声。,晶体管的噪声,四、场效应管的噪声,结型场效应管的主要为沟道电阻热噪声栅极感应噪声 闪烁噪声 栅极散粒噪声,沟道中载流子不规则热运动而产生，类似电阻热噪声,
32、五、噪声系数和噪声温度,1)噪声系数的定义信号噪声比：在电路某一指定点处的信号功率Ps与噪声功率 Pn之比。简称信噪比(SNR）。,1、噪声系数,显然，信噪比越大，信号的质量越好。当信号通过无噪声的理想线性电路时，其输出的信噪比等于 输入的信噪比。实际电路的输入信号通常混有噪声。,若电路中含有噪元件，由于信号通过时附加了电路的噪声 功率，故输出的信噪比小于输入的信噪比，使输出信号的质量 变坏。可见，通过输出信噪比相对输入信噪比的变化，可以确切地 反映电路在传输信号时的噪声性能。,噪声系数指标正是从这一角度引出的。线性电路的噪声系数NF定义为：在标准信号源激励下，输入 端的信噪比(Ps/Pn)i
33、与输出端的信噪比(Ps/Pn)o的比值，即,噪声系数通常也用dB表示：,放大器的噪声系数 与输入信号大小 是否有关？,放大器的噪声系数与 输入信号大小无关,2）用额定功率、额定功率增益表示噪声系数在线性电路的输入端，信号源电压与其内阻Rs产生的噪声 电压源相串联，如图所示，故电路输入端的信噪比与电路的 输入阻抗大小无关。同理，输出端的信噪比也与RL无关。,但若实际电路的输入、输出端分别是匹配的(即Ri=Rs,RL=Ro)，这 时，利用额定功率和额定功率增益来计算噪声系数，往往比较简便。,额定功率增益,输入端信号最大功率,输出端信号最大功率,信号源的额定功率：指信号源所能输出的最大功率，它只取决
34、于信号源本身的参数内阻和电动势，与输入电阻和负载无关。,额定噪声功率,任何电阻 R 的额定噪声功率均为 kTBn。,3) 多级联电路的噪声系数接收微弱信号时，需要多级放大器级联。对于级联电路 的噪声系数，可以通过各级的噪声系数和额定功率增益求出。,将两级电路推广到多级，用同样方法可求得其总噪声系数为,噪声温度也是一种衡量线性电路本身噪声性能的指标。把放大器的内部噪声折算到输入端，看成由温度Te的信号源内阻Rs所产生，则Te称为噪声温度。放大器内部噪声在输出呈现的额定噪声功率可表示为,2、噪声温度,噪声温度和噪声系数之间可以互换。,显然，电路内部噪声越大，噪声温度越高，反之则越低。,当网络内部噪
35、声较大时，用 NF 描述较为方便；,当内部噪声较小时，用 Te 描述具有较大的优越性。,由此可见，噪声温度变化范围远大于噪声系数变化范围。这就是往往采用噪声温度来表示系统噪声的基本原因。,近年来，随着半导体工艺技术的发展和进步，出现了大量的低噪声器件，使无线电设备前端的噪声系统明显降低。加上各种制冷技术的应用，更减小了设备及电路的噪声系统。例如，常温参量放大器的噪声系数已降至1-3dB，而用液体氦和气体氮所制冷的参量放大器，其噪声系数仅为0.1-0.2dB.,六、等效噪声带宽,电阻热噪声是功率谱密度均匀的白噪声。但它通过具有选频特性的线性电路后，输出功率谱密度So(f) 将会发生变化。若线性电
36、路的电压传输函数为A(f)，其功率传输函数A2(f)， 则输出端的噪声功率谱密度为,热噪声通过线性电路时功率谱密度的变化,白噪声功率谱,传输函数,输出噪声功率谱,由于热噪声通过线性选频电路后功率谱变为频率的函数， 因此，输出端的噪声电压均方值为,我们引入等效噪声带宽的概念。等效噪声带宽Bn定义为一个幅度是A2(f0)的矩形功率传输特性 的频率宽度，在该宽度下矩形的面积等于实际功率传输曲线 的积分面积，即,只要是白噪声或在有效频带内噪声功率分布均匀，都可利用上式来计算U2no。,Bn和BW0.7是一个概念不？是否有联系？,噪声,信号,噪声系数除用来衡量线性电路的噪声性能外，还可用来估计 系统接收
37、(或检测)微弱信号的能力，即灵敏度指标。可得接收机输入端所需的最小信号功率和最小信号电压分别为,七、接收机的灵敏度,例：设某一电视接收机，正常接收时所需最小信号噪声功率比为20 dB, 电视接收机的带宽为 6 MHz，接收机前端电路的噪声系数为 10 dB，问接收机前端电路输入端的信号电平(灵敏度)至少应多大?,设信号源的内阻为RS=75,则所需的最小信号电平为：,四、低噪声放大器,1、对低噪声放大器的要求,1）噪声系数小 2）功率增益高 3）动态范围大 4）与信号源很好匹配,2、降低噪声系统的措施,1）选用低噪声元器件 2）选择合适的晶体管放大器的直流工作点 3）选择合适的信号源内阻 4）选
38、择合适的工作带宽 5）降低放大器的工作温度,本章小结,LC谐振回路具有选频作用。 回路谐振时，回路阻抗为电阻且为最大，可获最大电压输出； 当回路失谐时，回路阻抗迅速下降，输出电压减小。 回路的品质因数越高，回路谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带越窄。,本章小结,LC并联谐振回路在谐振时，相移为零； 失谐时，当0 时，回路呈容性，相移为负值，最大趋于90。,本章小结,信号源、负载不仅会使回路的有载品质因数下降，选择性变坏，而且还会使回路谐振频率产生偏移。 为了减小信号源和负载对回路的影响，常采用变压器、电感分压器和电容分压器的阻抗变换电路。,本章小结,小信号谐振放大器是一种窄带放大器，由放大器
39、和谐振负载组成 ，具有选频或滤波功能。 按谐振负载的不同，可分为单调谐放大器、双调谐放大器等。,本章小结,小信号谐振放大器主要技术指标有谐振增益、选择性和通频带。 通频带和选择性是互相制约的。 矩形系数用以综合说明通频带和选择性的参数是，矩形系数越接近于1越好。,本章小结,单调谐放大器的性能与谐振回路的特性有密切关系。 回路的品质因数越高，放大器的谐振增益就越大，选择性越好但通频带会变窄。 在满足通频带的前提下，尽量使回路品质因数增大。 不过单谐振放大器的矩形系数比1大得多，所以其选择性比较差。,本章小结,集中选频放大器是由集中选频滤波器和宽带放大器组成。 常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。 它们具有接近理想的矩形系数、性能稳定可靠、调整方便等优点，因此获得了广泛的应用。,本章小结,放大器内部存在噪声，它将影响放大器对微弱信号的放大能力。 放大器的噪声用噪声系数来评介。 噪声系数可用额定功率和额定功率来表示。 在通信系统中，接收机的灵敏度与噪声有关。所以在接收机的前端，需要采用低噪声放大器。,
