增益和噪声,什么是增益和噪声

增益和噪声,什么是增益和噪声

放大器的增益指放大器输出功率和输入功率的比值，单位常用“dB”（分贝）来表示。功率放大器的输出增益随输入信号频率的变化而提升或衰减。这项指标是考核功率放大器品质优劣的最为重要的一项依据。该分贝值越小，说明功率放大器的频率响应曲线越平坦，失真越小，信号的还原度和再现能力越强。

天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号.

对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语，有时会与噪声的概念相混淆，其实，是有区别的。噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声，却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。

当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成干扰。

下面重点讲一下放大电路内部噪声的来源和特点

放大电路的内部噪声主要来源于包括输入变换在内的电阻热噪声和放大器件的噪声。

（一）电阻的热噪声

一个电阻在没有外加电压时，电阻材料的自由电子要作无规动，他的一次运动过程，会在电阻两端产生很小的电压，就一段时间来看，出现正负电压的概率相同，因而两端的平均电压为零。但就一瞬时来看，电阻两端电压的大小和方向是随机变化的。这种因热而产生的起伏电压称为电阻的热噪声。噪声电压是随机变化的，无法确切地写出它的数学表达式。而大量的实践和理论分析已经找出它们的规律性，可以用概率特性和功率谱密度来描述。例如，电阻热噪声电压un(t)具有很宽的频谱，它从零开始连续不断，而且各个频率分量是相等的如下图所示：

因此 ,电阻热噪声可以用功率谱的形式来表征。即热噪声的频谱在极宽的频带内具有均匀的功率谱密度。根据热运动理论和实践证明,电阻热噪声功率谱密度为S(f)=4kTR 式中 ,k为波尔兹曼常数。k=1.38×10 -23 J/K;T为电阻的绝对温度值(K)。

电阻的热噪声可以用一个噪声电压源和一个无噪声的串联电阻 R等效,也可以用一个噪声电流源和一个元噪声的电导g并联等效。因功率与电压或电流的方均值成正比,电阻热噪声也可以看成是噪声功率源。

(二)晶体三极管的噪声

晶体三极管的噪声主要有四个来源。

1.热噪声

2.散粒噪声

由于少数载流子由发射极通过PN结注入基区时,在单位时间内注人的载流子数不同,是随机起伏的。这种起伏会影响到集电极电流的起伏,由此引起的噪声叫散粒噪声。

3.分配噪声

晶体管发射区注入到基区的少数载流子中,一部分经过基极区到达集电极形成集电极电流,一部分在基极区复合。载流子复合时,其数量是随机起伏的。分配噪声就是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。

4.闪烁噪声

闪烁噪声又称为1/f噪声。它主要在低频(几千赫以下)范围起主要作用。这种噪声产生的原因与半导体材料制作时表面清洁处理和外加电压有关,在高频工作时通常不考虑它的影响。

(三)场效应管的噪声

在场效应管中,因为其工作原理不是少数载流子的运动,所以散粒噪声的影响很小,主要是沟道电阻产生的热噪声。沟道热噪声通过沟道和栅极间电容的稿合作用在栅极上感应的噪声,还存在闪烁噪声。