【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，還要求噪聲發(fā)生器在測(cè)量帶寬上應(yīng)具有均勻的噪聲譜密度。 噪聲生發(fā)器法的原理圖。 Eni為放大器的等效輸入噪聲， Eng為噪聲電壓表發(fā)生器， Rs為源電阻。 被測(cè) 放大器 Eno Rs Eni Eng 為了測(cè)量 Eni，在輸出端進(jìn)行兩次噪聲測(cè)量： ① 噪聲發(fā)生器未接入時(shí)的總輸出噪聲 Eno1： 222 01 nivsn EAE ? Avs是系統(tǒng)的傳輸函數(shù) ②噪聲發(fā)生器接入時(shí)的總輸出噪聲 Eno2 ： )( 2222 02 ngnivsn EEAE ??由上兩式可得 ： 22012022ngnnvs EEEA ??20120222012nnngnni EEEEE??? 實(shí)際上只要改變 Eng，使第二次接入 Eng后的 En02和未接入 Eng時(shí)的 En01滿足 2 012 02 2 nn EE ?? 上式表明，使輸出噪聲功率增大一倍所需的噪聲發(fā)生器電壓就是放大器的等效輸入噪聲。故噪聲發(fā)生器法又叫功率增倍法。 2201201220122 ngnnngnni EEEEEE ???（ 3）兩種方法比較 ? 正弦波法與噪聲發(fā)生器法各有所長(zhǎng)。 正弦波法的特點(diǎn)是所用設(shè)備一般實(shí)驗(yàn)室都具備，適合于低頻和中頻情形使用，缺點(diǎn)是測(cè)量和計(jì)算次數(shù)較多。 ? 噪聲發(fā)生器的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便易行，速度快。故在寬帶系統(tǒng)中或要求頻繁測(cè)量時(shí)能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，適用的范圍是高頻和射頻， 但要求噪聲發(fā)生器較精確定標(biāo)。在測(cè)量帶寬內(nèi)要求為白噪聲，因?yàn)榇嬖?1/f 噪聲，在低頻時(shí)難以滿足。 167。 元器件噪聲分析 ● 設(shè)計(jì)、研制低噪聲前置放大器： 必須深入研究電子線路中各種元器件的噪聲特性，以及它們相互配置后的共同結(jié)果。從而得出一些低噪聲前置放大器設(shè)計(jì)的原則或規(guī)律。 ● 下面分析各種元器件的噪聲特性 。 1 晶體管的噪聲分析 2 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲分析 3 集成放大電路的噪聲分析 4 二極管的噪聲 5 電阻的噪聲 6 電容器的噪聲 7 電感 的噪聲 8 變壓器的噪聲 1 晶體管的噪聲分析 （ 結(jié)論 ） ● 噪聲系數(shù) 晶體三極管的噪聲系數(shù) 低頻：在低頻時(shí)很大 ， 中頻：在中頻時(shí)最小且與頻率無關(guān) ， 高頻：從中頻段高端開始 ， 噪聲系數(shù)隨頻率升 高而逐漸增大 ， 在高頻時(shí)噪聲系數(shù)可以 達(dá)到比較大的值 。 1 晶體管的噪聲分析 （ 結(jié)論 ） ● 最佳源電阻 晶體三極管的最佳源電阻： 低頻：比較低的（約 100Ω 左右） 中頻：中頻時(shí)要大一些（約幾百 Ω ）， 高頻：比較低的（約 100Ω 左右） 總的來說，如果不借助其它噪聲匹配的方法， 晶體三極管只能用在阻抗不高的低噪聲放大器上。 1 晶體管的噪聲分析 （ 結(jié)論 ） ● EnIn的相關(guān)性 低頻：晶體三極管的 EnIn在很低頻率時(shí) fL/103） 為完全相關(guān)，隨頻率升高相關(guān)性減弱； 中頻：在中頻段成為弱相關(guān)， 高頻：從中頻段高端開始相關(guān)性隨頻率變化逐漸加強(qiáng)，在頻率很高時(shí)成為完全相關(guān)。 2 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲分析 ● 由于場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)造上的特點(diǎn) ， 是電壓控制器件 ， 因此噪聲低 ， 場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù) NF值可低至 ~1dB， 而好的雙極型三極管其噪聲系數(shù) NF值在 ~之間 。 ● 在低噪聲電子設(shè)計(jì)中 ， 應(yīng)優(yōu)先考慮選用場(chǎng)效應(yīng)管 。 ● 但是場(chǎng)效應(yīng)管不適合于高頻運(yùn)用， 場(chǎng)效應(yīng)和晶體管的噪聲比較 : ● 場(chǎng)效應(yīng)管的低頻噪聲系數(shù)比晶體三極管的低頻噪聲系數(shù)要小得多，中頻時(shí)也要小一些， 在高頻段（ 108Hz）部分兩者的噪聲系數(shù)有些相近。 ● 從最佳源電阻來說，場(chǎng)效應(yīng)管比晶體三極管要高得多， 場(chǎng)效應(yīng)管是一種優(yōu)良的低噪聲器件，在低噪聲電路中已被廣泛采用，集成電路的輸入級(jí)，已廣泛采用場(chǎng)效應(yīng)管 3 集成放大電路的噪聲分析 一塊集成放大電路 ， 至少含有幾十個(gè)電路元件 ， 包括有源器件 （ 晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管 ） 及無源器件 （ 電阻和電容 ） 它們實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)電子系統(tǒng) 。 又稱之為片上系統(tǒng) （ SOC， system on chip） 。 集成電路中每一個(gè)電子元件 ， 都是一個(gè)噪聲源 ， 對(duì)輸出端的噪聲都有貢獻(xiàn) 。 ● 根據(jù) Friis公式 ， 集成放大電路的噪聲主要取決于第一級(jí)的噪聲 。 一般地，通用集成放大電路，第一級(jí)通常采用差動(dòng)式放大電路，這是用來克服溫漂的措施，不適于低噪聲前放使用。 ● 從理論上說必須采用單管工作方式，并且其負(fù)載或偏置電路必須采用電阻而不宜用有源器件代替，否則會(huì)增加第一級(jí)的噪聲 . 但是有些低噪聲集成運(yùn)放，為了兼顧溫漂指標(biāo)，亦采用差動(dòng)式輸入級(jí)，此時(shí)一般用場(chǎng)效應(yīng)管作為差動(dòng)式輸入級(jí)，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)在中、低頻區(qū)比晶體三極管的小得多 . 例如：美國(guó) Maxim公司生產(chǎn)的低溫漂 、 低噪聲運(yùn)算放大器 MAX6325， 溫度系數(shù)達(dá)到 1 ppm/℃ （ ppm， 代表百萬之一 。 即 parts per million） 噪聲最低可達(dá) VPP（ ~10Hz） ， 最大噪聲也只有 V RMS值 （ 即均方根值 ） AD743為場(chǎng)效應(yīng)管輸入，寬帶光電二極管前置放大器在 10KHz處，電壓噪聲為 美國(guó)德州公司 TI公司低電壓、低電流、低噪聲運(yùn)放TLC2272/4 En為 HznV /HznV /15比較 MAX6325 和 AD743 ： 將 VPP換成 rms值則為： 除以帶寬： ? 可見 AD743比 MAX6325好 ， 但工作頻率不一樣 。 ? 美國(guó) ADI公司產(chǎn) AD797AN精密放大器其在 1KHz處噪聲譜密度為： 。 VV ?? 2 2 ?HznVHzVHz Vf V /71/ ???? ???HznV /4 二極管的噪聲 根據(jù)二極管的工作狀態(tài)，可分為正偏、反偏與零偏等三種情況。 主要噪聲是直流電流流過 PN結(jié)時(shí)的散粒噪聲。 5 電阻的噪聲 電阻的噪聲有兩種：熱噪聲和過剩噪聲 。 熱噪聲已討論過 ， 與電阻值有關(guān) ● 過剩噪聲是電流通過不連續(xù)的介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的，與制作電阻的材料及工藝有關(guān)。 一般說來，合成炭質(zhì)電阻過剩噪聲最大，炭膜電阻次之，金屬膜電阻更次之，最小是線繞電阻。 在低噪聲電路設(shè)計(jì)中，宜選用過剩噪聲小的電阻，如線繞電阻或金屬膜電阻，這時(shí)可不考慮過剩噪聲。 ● 考慮了過剩噪聲后，低頻時(shí)以 1/f噪聲為主，高頻時(shí)則以熱噪聲為主。 6 電容器的噪聲 ● 理想電容器是不產(chǎn)生噪聲的，只有當(dāng)電容器絕緣電阻下降，產(chǎn)生了漏電流時(shí)才會(huì)有噪聲發(fā)生。 這種實(shí)際電容器常用一個(gè)理想電容器與一個(gè)漏電阻并聯(lián)（或串聯(lián)）的等效電路來代替。電路阻抗的實(shí)數(shù)部分產(chǎn)生熱噪聲。 ● 噪聲模型用一個(gè)噪聲電流發(fā)生器與電容器并聯(lián)， 由于噪聲高頻部分被電容器旁路，故主要表現(xiàn)出低頻噪聲。 7 電感 的噪聲 ● 理想電感是不產(chǎn)生噪聲的， 實(shí)際使用的電感線圈有電阻，所以可以用一個(gè)理想電感與電阻 R串聯(lián)的等效電路代替。阻抗的實(shí)數(shù)部分將產(chǎn)生熱噪聲。 8 變壓器的噪聲 ● 如果探測(cè)器內(nèi)阻很低 ， 與一般放大器的最佳源阻抗范圍不能匹配 ， 不能得到最小的噪聲系數(shù) NF，就要利用變壓器作阻抗變換 ， 以期得到良好的噪聲匹配 。 如熱電偶等 。 ● 通過電磁耦合由外界引入變壓器的干擾，可以采用靜電屏蔽或磁屏蔽的方法來消除或降低其影響。 但變壓器本身產(chǎn)生了一些新的噪聲，以下作簡(jiǎn)要的分析。 ● 變壓器原 、 副繞組的電阻 ， 鐵芯的磁滯和渦流損耗均能產(chǎn)生熱噪聲和過剩噪聲 ， 而且渦流損耗還隨頻率上升而增加 。 ● 原方繞組電感量影響通頻帶的低端 ， 使得低頻端的等效輸入噪聲增加 。 ● 交變磁場(chǎng)或機(jī)械震動(dòng)會(huì)使得鐵芯振顫或鐵芯與繞組間發(fā)生相對(duì)位移 ， 這些都能使繞組中感生額外電動(dòng)勢(shì) ， 這是一種噪聲 ， 稱為振顫效應(yīng) 。 為了減小這種影響 ， 在制作變壓器時(shí) ， 要適當(dāng)壓緊鐵芯和加上緊固件 ， 并進(jìn)行真空浸漆 。 ● 此外 ， 還應(yīng)對(duì)鐵芯及其緊固件進(jìn)行退磁處理 。使用變壓器時(shí) ， 不使繞組中電流含有直流成分 。就連測(cè)量繞組電阻也應(yīng)避免用直流方法 。 變壓器應(yīng)固定在防震架上 。 ● 繞組的分布電容和接線的雜散電容影響通頻帶的高頻端 。 ● 為了共模抑制的需要，要求中心抽頭對(duì)兩端接頭間的旁通電容相等。 關(guān)于變壓器的噪聲及繞組等的有關(guān)知識(shí)，也是非常豐富的，這里只是列舉了很少、很淺的一點(diǎn)，以引起設(shè)計(jì)者的重視。 167。 低噪聲放大器的設(shè)計(jì)原則與方法 ● 低噪聲