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)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個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.

對于電子線路中所標(biāo)稱的噪聲，可以概括地認(rèn)為，它是對目的信號以外的所有信號的一個總稱。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，稱為噪聲。但是，一些非目的的電子信號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也稱為噪聲。可能以說，電路中除目的的信號以外的一切信號，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`動作，但有時也許并不導(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，對需要接收這種信號的接收機(jī)來講，它是正常的目的信號，而對另一接收機(jī)它就是一種非目的信號，即是噪聲。在電子學(xué)中常使用干擾這個術(shù)語，有時會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，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)一個噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個電路或一個器件，當(dāng)它還能保持正常工作時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

一個電阻在沒有外加電壓時，電阻材料的自由電子要作無規(guī)動，他的一次運(yùn)動過程，會在電阻兩端產(chǎn)生很小的電壓，就一段時間來看，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噪聲電壓源和一個無噪聲的串聯(lián)電阻 R等效,也可以用一個噪聲電流源和一個元噪聲的電導(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,在單位時間內(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,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)體材料制作時表面清潔處理和外加電壓有關(guān),在高頻工作時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,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。