第1章噪声与干扰

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1、第一章噪声与干扰1.什么是噪声、干扰，对系统有什么影响？2.噪声和干扰从那里来，有什么特点？3.如何度量噪声和干扰对系统的影响？4.如何降低噪声和干扰对系统的影响？噪声、干扰：泛指有用信号以外的其他一切无用信号噪声：通常指内部噪声，由电路内部产生的无用信号干扰：通常指外部噪声，来自电路外部产生的无用信号1自然噪声：热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等内部噪声人为噪声：交流噪声、感应噪声、接触不良等自然干扰：天电干扰、宇宙干扰等外部噪声（干扰）人为噪声：工业干扰、无线电干扰等噪声和干扰主要特性：随机性说明：1.噪声和干扰问题涉及范围广、计算复杂

2、、详细理论分析不属于本课程范围2.只需要掌握噪声和干扰问题的基本概念和简要分析，主要是自然噪声中的热噪声2.噪声和干扰从那里来，有什么特点？21.1噪声的来源和特点噪声的主要来源：构成系统的电路元器件电阻、电感、电容、BJTs、FETs、二极管等1.1.1电阻的热噪声（起伏噪声）由电阻内部的自由电子无规则的热运动产生。自由电子热运动在导体内部形成许多持续时间极短的脉冲电流，相互叠加，形成起伏不定的噪声。－可以表征为噪声电压etn()或者噪声电流itn()－热噪声的频率范围很宽－热噪声具有随机性，瞬时大小和方向均不确定，平均值为零，因此不

3、能用电压或电流叠加直接表示，而可用其均方值表示，反映功率叠加3通常用噪声电压均方值，或噪声电流均方值来衡量热噪声的强度1T22噪声电压均方值elimetdt()nn等效为噪声电压或者TT0电流在单位负载电阻1T噪声电流均方值i2limitdt2()上消耗的平均功率nnTT0通常将噪声电阻R看做一个噪声电压源（或电流源）和一个理想无噪声电阻的串联（或并联）。4功率谱密度：单位带宽内的功率均方电压谱密度：单位带宽内的均方电压Sv(f)称为噪声电阻R产生的噪声均方电压谱密度，或单位负载电阻上消耗的功率谱密度2Sf()4kTR(

4、V/Hz)v4kT2起伏噪声均方电流谱密度：Sf()4kTG(A/Hz)iR说明：1.R为噪声电阻,T=t+273℃(K),k为波尔兹曼常数1.38×10-23J/K2.电阻热噪声的功率谱密度在所讨论的频带范围内与频率无关，即热噪声具有均匀频谱，故常称其为白噪声。3.把在所讨论频带内功率谱分布不均匀的噪声称为有色噪声。5若系统工作带宽为f，则电阻热噪声电压的均方值2e4kTRfn电阻热噪声电压有效值=电阻热噪声电压的均方根值2Ee4kTRfnn阻抗匹配时，输入到负载电阻上的额定噪声功率2RR21eLe14kTRfn

5、nPkTfn2RR4R22RL当网络与前端匹配时，输入噪声的额定功率与网络输入电阻大小无关。温度越高，噪声越大带宽越大，噪声越大6例1.1.1计算1MHz带宽，温度为17℃时1M电阻产生的热噪声电压解：2366E4kTRf41.38102901010V126μVn如果此为交流电压表，则500uV以下的信号都无法测量。而如果其内阻为50，只会产生0.9uV噪声，因此较低电阻在低噪声电路中有用。7例1.1.2放大器的工作带宽为2MHz，信号源内阻为200。当工作温度为27℃时，电压增益为200，输入信号有效

6、值为5uV时，试计算输出信号有效值（有用信号和噪声），假定放大器的噪声及其他噪声可以忽略。解：信号源噪声电压有效值为236E4kTRf41.3810300200210V2.57μVn经过无噪声放大器，输出噪声电压有效值为200E0.514mVn经过无噪声放大器，输出有用信号电压有效值为2005μV1mV输出信号将包含1mV的有用信号和0.514mV的噪声，输出信号有可能无法表达有用信息，通常为不可接受的状况。8例1.1.3RC并联电路如图1.1.3(a)所示，设电容C是无损耗电容，求输出端噪声电压的均方值。解：

7、将噪声电阻表示为噪声串联等效电路，整理后得到一个无噪声RC网络，如(b)所示Sf()4kTR无噪声RC网络的传递函数为1Hf()1j2fRC2输出端噪声均方电压谱密度S()fSfHf()()o22kT输出端噪声电压均方值为vSfHf()()dfn0C2kT211vn4kTRHf()0BWnBWn3dB带宽：BWC4RC2RC9Sf()i等效噪声带宽Sif2Hf()222Hf()0H0S()fSfHf()()oi22vS()fdfSfHf()()dfn0o0iff02S()fSfHf()(

8、)oi222vnSiHf()dfSHfi()0BWnSH20i02Hf()df0BWn2H01.等效噪声带宽由网络H(f)确定，而与f输入噪声无关BWnBW