增益和噪聲,什么是增益和噪聲

增益和噪聲,什么是增益和噪聲

放大器的增益指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用“dB”（分貝）來表示。功率放大器的輸出增益隨輸入信號(hào)頻率的變化而提升或衰減。這項(xiàng)指標(biāo)是考核功率放大器品質(zhì)優(yōu)劣的最為重要的一項(xiàng)依據(jù)。該分貝值越小，說明功率放大器的頻率響應(yīng)曲線越平坦，失真越小，信號(hào)的還原度和再現(xiàn)能力越強(qiáng)。

天線增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這樣來理解增益的物理含義------為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號(hào).

對于電子線路中所標(biāo)稱的噪聲，可以概括地認(rèn)為，它是對目的信號(hào)以外的所有信號(hào)的一個(gè)總稱。最初人們把造成收音機(jī)這類音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號(hào)，稱為噪聲。但是，一些非目的的電子信號(hào)對電子線路造成的后果并非都和聲音有關(guān)，因而，后來人們逐步擴(kuò)大了噪聲概念。例如，把造成視屏幕有白班呀條紋的那些電子信號(hào)也稱為噪聲?？赡芤哉f，電路中除目的的信號(hào)以外的一切信號(hào)，不管它對電路是否造成影響，都可稱為噪聲。例如，電源電壓中的紋波或自激振蕩，可對電路造成不良影響，使音響裝置發(fā)出交流聲或?qū)е码娐氛`動(dòng)作，但有時(shí)也許并不導(dǎo)致上述后果。對于這種紋波或振蕩，都應(yīng)稱為電路的一種噪聲。又有某一頻率的無線電波信號(hào)，對需要接收這種信號(hào)的接收機(jī)來講，它是正常的目的信號(hào)，而對另一接收機(jī)它就是一種非目的信號(hào)，即是噪聲。在電子學(xué)中常使用干擾這個(gè)術(shù)語，有時(shí)會(huì)與噪聲的概念相混淆，其實(shí)，是有區(qū)別的。噪聲是一種電子信號(hào)，而干擾是指的某種效應(yīng)，是由于噪聲原因?qū)﹄娐吩斐傻囊环N不良反應(yīng)。而電路中存在著噪聲，卻不一定就有干擾。在數(shù)字電路中。往往可以用示波器觀察到在正常的脈沖信號(hào)上混有一些小的尖峰脈沖是所不期望的，而是一種噪聲。但由于電路特性關(guān)系，這些小尖峰脈沖還不致于使數(shù)字電路的邏輯受到影響而發(fā)生混亂，所以可以認(rèn)為是沒有干擾。

當(dāng)一個(gè)噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個(gè)電路或一個(gè)器件，當(dāng)它還能保持正常工作時(shí)所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說來，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強(qiáng)度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不致于形成干擾。

下面重點(diǎn)講一下放大電路內(nèi)部噪聲的來源和特點(diǎn)

放大電路的內(nèi)部噪聲主要來源于包括輸入變換在內(nèi)的電阻熱噪聲和放大器件的噪聲。

（一）電阻的熱噪聲

一個(gè)電阻在沒有外加電壓時(shí)，電阻材料的自由電子要作無規(guī)動(dòng)，他的一次運(yùn)動(dòng)過程，會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生很小的電壓，就一段時(shí)間來看，出現(xiàn)正負(fù)電壓的概率相同，因而兩端的平均電壓為零。但就一瞬時(shí)來看，電阻兩端電壓的大小和方向是隨機(jī)變化的。這種因熱而產(chǎn)生的起伏電壓稱為電阻的熱噪聲。噪聲電壓是隨機(jī)變化的，無法確切地寫出它的數(shù)學(xué)表達(dá)式。而大量的實(shí)踐和理論分析已經(jīng)找出它們的規(guī)律性，可以用概率特性和功率譜密度來描述。例如，電阻熱噪聲電壓un(t)具有很寬的頻譜，它從零開始連續(xù)不斷，而且各個(gè)頻率分量是相等的如下圖所示：

因此 ,電阻熱噪聲可以用功率譜的形式來表征。即熱噪聲的頻譜在極寬的頻帶內(nèi)具有均勻的功率譜密度。根據(jù)熱運(yùn)動(dòng)理論和實(shí)踐證明,電阻熱噪聲功率譜密度為S(f)=4kTR 式中 ,k為波爾茲曼常數(shù)。k=1.38×10 -23 J/K;T為電阻的絕對溫度值(K)。

電阻的熱噪聲可以用一個(gè)噪聲電壓源和一個(gè)無噪聲的串聯(lián)電阻 R等效,也可以用一個(gè)噪聲電流源和一個(gè)元噪聲的電導(dǎo)g并聯(lián)等效。因功率與電壓或電流的方均值成正比,電阻熱噪聲也可以看成是噪聲功率源。

(二)晶體三極管的噪聲

晶體三極管的噪聲主要有四個(gè)來源。

1.熱噪聲

2.散粒噪聲

由于少數(shù)載流子由發(fā)射極通過PN結(jié)注入基區(qū)時(shí),在單位時(shí)間內(nèi)注人的載流子數(shù)不同,是隨機(jī)起伏的。這種起伏會(huì)影響到集電極電流的起伏,由此引起的噪聲叫散粒噪聲。

3.分配噪聲

晶體管發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的少數(shù)載流子中,一部分經(jīng)過基極區(qū)到達(dá)集電極形成集電極電流,一部分在基極區(qū)復(fù)合。載流子復(fù)合時(shí),其數(shù)量是隨機(jī)起伏的。分配噪聲就是集電極電流隨基區(qū)載流子復(fù)合數(shù)量的變化而變化所引起的噪聲。

4.閃爍噪聲

閃爍噪聲又稱為1/f噪聲。它主要在低頻(幾千赫以下)范圍起主要作用。這種噪聲產(chǎn)生的原因與半導(dǎo)體材料制作時(shí)表面清潔處理和外加電壓有關(guān),在高頻工作時(shí)通常不考慮它的影響。

(三)場效應(yīng)管的噪聲

在場效應(yīng)管中,因?yàn)槠?a target="_blank">工作原理不是少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng),所以散粒噪聲的影響很小,主要是溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲。溝道熱噪聲通過溝道和柵極間電容的稿合作用在柵極上感應(yīng)的噪聲,還存在閃爍噪聲。