1、微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術一、噪聲概述一、噪聲概述1. 1. 與噪聲相關的的幾個基本概念與噪聲相關的的幾個基本概念（2 2噪聲的統計特性噪聲的統計特性(Statistical characteristics of noise)(Statistical characteristics of noise) 由于噪聲的取值

2、不可預測，更不能用一個解析函數來定義，所以要由于噪聲的取值不可預測，更不能用一個解析函數來定義，所以要用概率和統計的方法來描述。統計方法側重的是樣本總體的定量性質，用概率和統計的方法來描述。統計方法側重的是樣本總體的定量性質，而不是個體元素的性質。就隨機噪聲而言，樣本可以由其波形的大量而不是個體元素的性質。就隨機噪聲而言，樣本可以由其波形的大量的連續取值組成。常用的概率和統計描述方法有概率密度函數以及數的連續取值組成。常用的概率和統計描述方法有概率密度函數以及數學期望值、方差、均方值、相關函數等特征值。學期望值、方差、均方值、相關函數等特征值。（1 1噪聲與干擾噪聲與干擾Noise and I

3、nterferenceNoise and Interference） 通常把可以減少或消除的外部擾動稱為干擾，把由于材料或器通常把可以減少或消除的外部擾動稱為干擾，把由于材料或器件件 的物理原因產生的擾動稱為噪聲。的物理原因產生的擾動稱為噪聲。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術隨機噪聲波形隨機噪聲波形 x(t) x(t)與概

4、率密度函數與概率密度函數p(x)p(x)之間的關系之間的關系概率密度函數概率密度函數p(x): p(x): 表示噪聲電壓表示噪聲電壓x(t)x(t)在在t t時刻取值為時刻取值為x x的概的概 率，對于所有率，對于所有x x都有都有p(x)0,p(x)0,且概率曲線下覆蓋的面積為且概率曲線下覆蓋的面積為1. 1. 微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪

5、聲前置放大和屏蔽接地技術均方根值均方根值: :（用來衡量噪聲電壓幅值的大小）（用來衡量噪聲電壓幅值的大小）均值均值: :（噪聲電壓的平均值）（噪聲電壓的平均值）（反映的是隨機噪聲的起伏程度）（反映的是隨機噪聲的起伏程度） 方差：方差：均方值均方值: :（反映隨機噪聲的功率）（反映隨機噪聲的功率） 微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接

6、地技術（3 3隨機噪聲的功率譜密度及自相關函數隨機噪聲的功率譜密度及自相關函數 功率譜密度功率譜密度S()S()，從名字分解來看就是說，觀察對象是功率，觀察，從名字分解來看就是說，觀察對象是功率，觀察域是譜域，通常指頻域，密度，就是指觀察對象在觀察域上的分布情況，域是譜域，通常指頻域，密度，就是指觀察對象在觀察域上的分布情況，功率譜密度即用來分析噪聲功率隨頻率的分布情況。功率譜密度是結構在功率譜密度即用來分析噪聲功率隨頻率的分布情況。功率譜密度是結構在隨機動態載荷激勵下響應的統計結果，是一條功率譜密度值隨機動態載荷激勵下響應的統計結果，是一條功率譜密度值頻率值的關頻率值的關系曲線，其中功率譜密

7、度可以是位移功率譜密度、速度功率譜密度、加速系曲線，其中功率譜密度可以是位移功率譜密度、速度功率譜密度、加速度功率譜密度、力功率譜密度等形式。度功率譜密度、力功率譜密度等形式。已知S()或S(f)，就可求得噪聲的平均功率(均方值) ：角頻率，f ：頻率， P：處帶寬之間噪聲的平均功率。S()公式表示： 或微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大

8、和屏蔽接地技術功率譜密度的單位是功率譜密度的單位是G G的平方的平方/ /頻率頻率 - -即函數幅值的均方根值與頻率之比。是對隨機振動進行分即函數幅值的均方根值與頻率之比。是對隨機振動進行分析的重要參數。析的重要參數。例：如果是加速度功率譜密度，加速度的單位是例：如果是加速度功率譜密度，加速度的單位是m/s2,m/s2,那么，加速度功率譜密度的單位就是那么，加速度功率譜密度的單位就是(m/s2)2/Hz,(m/s2)2/Hz,而而HzHz的單位是的單位是1/s,1/s,經過換算得到加速度功率譜密度的單位是經過換算得到加速度功率譜密度的單位是m2/s3.m2/s3.位移功率譜密度？速度功率譜密度

9、？加速度功率譜密度?m2*sm2/sm2/s3微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術自相關函數自相關函數(Autocorrelation function)(Autocorrelation function)：表示隨機過程在二個：表示隨機過程在二個不同時間上的相關性。不同時間上的相關性。 Rx()有三個重要特性： 1） 與起點無

10、關，僅與有關； 2） 由于噪聲是獨立隨機的，故上升， Rx()下降， 趨向無窮， Rx()趨向0； 3） =0， Rx()最大， R(0) 代表噪聲的均方值噪聲功率）公式：微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術例：利用采樣保持器對零均值連續隨機電壓波形進行不斷的采樣保持,保持的時間間隔為1s。設各采樣之間互不相關,采樣值在-1+1 之間均勻分布。 t=O 之后第一次采樣時刻叫在0ls之間均勻分布。采樣保持器的輸出波形x(t)示于下圖,試求x (t)的功率p ,和自相關函數Rx()

11、的圖形。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術解:因為采樣值x ( z )在-1 +1 之間均勻分布,其概率密度函數p ( x )的形狀如圖所示x(t)功率為微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術功率譜密度與自相關函數的關系是一對傅立葉變換的關系：功率譜密度與自相關函數的關系是一對傅立葉變換的關系：,微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detecti

12、on)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術（4 4放大器或線性網絡的等效噪聲帶寬放大器或線性網絡的等效噪聲帶寬Equivalent Noise Equivalent Noise BandwidthBandwidth ）噪聲帶寬概念的出現，最初是為了從具有寬帶噪聲輸入的放大器中快速計算輸出噪聲功率，這個概念也可以推廣到信號帶寬。等效噪聲帶寬是假想的矩形頻譜寬度，該寬度帶寬內的功率等于實際頻譜在正頻率

13、范圍內的功率即實際絕對帶寬內的功率），簡言之就是兩者的功率相等。計算公式：計算公式：或微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術例：一階RC低通濾波器電路如圖所示，求其等效噪聲帶寬。RCx(t)y(t)解：電路的頻率響應函數為電路的幅頻響應函數為當=0時，可得電路的直流增益A0=1，代入等效噪聲帶寬的公式可得微弱信號檢測微弱信號檢測

14、 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術 信噪比信噪比SNRSNR）：衡量一個信號質量優劣的指標。它是在指）：衡量一個信號質量優劣的指標。它是在指定頻帶內，同一端口信號功率定頻帶內，同一端口信號功率P s P s 和噪聲功率和噪聲功率P nP n的比值，即的比值，即當用分貝表示信噪比時，有 信噪比越大，信號質量越好。 （5 5信噪比、信噪改善比與噪聲系數

15、信噪比、信噪改善比與噪聲系數信噪改善比信噪改善比SNIRSNIR）: : 反映系統噪聲的改善情況反映系統噪聲的改善情況微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲系數：描述系統或放大器的噪聲情況噪聲系數：描述系統或放大器的噪聲情況定義：線性四端網絡輸入端的信噪比與輸出端的信噪比之比值。定義：線性四端網絡輸入端的信噪比與輸出端的信噪

16、比之比值。線件四端網絡如圖所示，圖中Rs是信號源內阻， s是信號源電壓， n是信號源內阻，Rr是等效噪聲源電壓， RL是負載。 微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術或用dB表示為 設輸入端的信號功率為Psi ，由信號源內阻產生的噪聲功率為Pni ，而網絡的輸出端負載上所得到的信號功率和噪聲功率分別為Pso 、 Pno ，噪聲系

17、數定義為 微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術（5 5噪聲系數噪聲系數Noise coefficientNoise coefficient）噪聲系數噪聲系數F F：衡量有源器件的噪聲特性的優劣：衡量有源器件的噪聲特性的優劣四端口網絡如圖所示，圖中Rs是信號源內阻， s是信號源電壓， RL是放大器負載。 結論：結論：F F越小，

18、說明系統越好，越小，說明系統越好，能檢測到的信號也越小，檢測能檢測到的信號也越小，檢測靈敏度越高。靈敏度越高。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術2. 2. 電子系統內部的固有噪聲源電子系統內部的固有噪聲源（1 1電阻的噪聲電阻的噪聲電阻的噪聲主要有三大類型：熱噪聲，接觸噪聲，以及shot噪聲。低噪聲設計：低噪聲設計：低溫，低

19、阻值，增加尺寸和空間，減少交直低溫，低阻值，增加尺寸和空間，減少交直流電流流電流特點：特點： 熱噪聲主要依賴與溫度，頻寬，以及阻值；接觸噪聲依賴于熱噪聲主要依賴與溫度，頻寬，以及阻值；接觸噪聲依賴于平均直流電流、頻寬、材料類型和幾何形狀；平均直流電流、頻寬、材料類型和幾何形狀；shotshot噪聲依賴頻寬噪聲依賴頻寬以及平均直流電流大小。以及平均直流電流大小。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章

20、 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術任何電阻或導體,即使沒有連接到任何信號源或電源，也沒有任何電流流過該電阻,其兩端也會呈現噪聲電壓起伏,這就是電阻的熱噪聲。產生原因：電阻中電子的隨機熱運動，導致電阻兩端電荷的瞬時堆積，形成噪聲電壓。功率譜密度函數：熱噪聲熱噪聲Johnson noiseJohnson noise的統計特性的統計特性等效功率Pt：B為系統的等效噪聲帶寬，單位Hz，et為熱噪聲電壓值，Pt單位為V2噪聲電壓的有效值Et：微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低

21、噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術例：證明溫度相同的兩個電阻R1和R2相串聯和并聯所產生的等效噪聲電壓的有效值分別為和微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (

22、Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術（2 2半導體二極管的散彈噪聲半導體二極管的散彈噪聲shot noiseshot noise） 原因：少數載流子由發射極通過原因：少數載流子由發射極通過PNPN結注入基區時結注入基區時, ,在單位時間內在單位時間內注入的載流子數不同速度不均勻）注入的載流子數不同速度不均勻）, ,是隨機起伏的。這種起伏是隨機起伏的。這種

23、起伏會影響到集電極電流的起伏會影響到集電極電流的起伏, ,由此引起的噪聲叫散彈噪聲。由此引起的噪聲叫散彈噪聲。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術（3 3半導體三極管的噪聲半導體三極管的噪聲 電阻的熱噪聲、散彈噪聲、接觸噪聲1/f）、爆裂噪聲 微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章

24、 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術1/f1/f噪聲是由兩種導體的接觸點電導的隨機漲落引起的，凡是有導噪聲是由兩種導體的接觸點電導的隨機漲落引起的，凡是有導體接觸不理想的器件都存在體接觸不理想的器件都存在1/f1/f噪聲，所以噪聲，所以1/f1/f噪聲又稱為接觸噪噪聲又稱為接觸噪聲。因為其功率譜密度正比于聲。因為其功率譜密度正比于1/f1/f，頻率越低噪聲越嚴重，所以又，頻率越低噪聲越嚴重，所以又稱為低頻噪聲

25、稱為低頻噪聲微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術爆裂噪聲是一種流過半導體爆裂噪聲是一種流過半導體PNPN結電流的突然變化。通常的爆裂噪結電流的突然變化。通常的爆裂噪聲電流只在兩種電流值之間切換，取決于半導體制作工藝和材料聲電流只在兩種電流值之間切換，取決于半導體制作工藝和材料中雜質的情況，其出現的幾率可在每秒幾百個到幾分鐘一個

26、之間中雜質的情況，其出現的幾率可在每秒幾百個到幾分鐘一個之間變化。它是電流型噪聲，在高阻電路中影響更大。變化。它是電流型噪聲，在高阻電路中影響更大。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型

27、場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和增強型；P溝耗盡型和增強型四大類。見下圖。 （4 4） 場效應管的噪聲場效應管的噪聲 1.溝道熱噪聲 2.柵極感應噪聲3.柵極散彈噪聲4.柵極感應噪聲微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術2 2、低噪聲

28、前置放大技術、低噪聲前置放大技術 低噪聲前置放大器的等效噪聲模型低噪聲前置放大器的等效噪聲模型電壓源的功率譜密度分布電流源的功率譜密度分布en表示等效輸入噪聲電壓，in表示等效輸入噪聲電流微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放

29、大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術例： 設圖(a)所示差動放大電路的等效噪聲帶寬為0.01-100 Hz, 使用的運算放大器型號為A741。求等效噪聲電壓源的電壓和電流。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大

30、和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術 低噪聲前置放大器的設計低噪聲前置放大器的設計 a) a)最佳信號源內阻最佳信號源內阻信號源在理論分析中是按理想模型進行分析的，忽略了內阻的作用。但實際上它是存在的，在實際電路分析中不能忽略，電路設計時應根據實際電路特點，合理選用適當內阻的信號源才能達到設計目的。信號源內阻對功率放大器的影響 在功率放大器中，信號源內阻要和負載的阻抗匹配，才能使輸出功 率最大.信號源內阻對輸出信號的影響 當信號源為電壓/流源時，輸出電壓/流的大小與信號源內阻有關， 當考慮信號源內阻時，輸出電壓/流變小。內阻Rs越小，對輸出電壓 /流影響越小，輸出電壓/流就越穩定。

31、微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質稱作良導體，電阻很大的物質稱作非導體，而最近在高科技領域中稱的超導體，則是一種電

32、阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是奧姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和 何為阻抗impedance matching）？微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲

33、前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術阻抗匹配的基本原理：阻抗匹配的基本原理： 1純電阻電路把一個電阻為R的用電器，接在一個電動勢為E、內阻為r的電池 組上，在什么條件下電源輸出的功率最大呢？當外電阻等于內電阻時，電源對外電路輸出的功率最大，這就是純電阻電路的功率匹配。假如換成交流電路，同樣也必須滿足R=r這個條件電路才能匹配。rRU2電抗電路略） 阻抗三角形法微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲

34、前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術阻抗匹配： 負載阻抗等于信源內阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。負載阻抗等于信源內阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。這時在負載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內阻抗和負載阻抗均為純阻性，則兩種匹配條件是等同的。 是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態。 對于不同特性的電路，匹配條件是

35、不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等于激勵源內阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態稱為匹配，否則稱為失配。匹配條件：匹配條件：微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術公式：最佳源電阻：最佳源電阻： 分別為放大器的等效輸入電壓噪聲和等效輸入電流噪聲的平方根譜密度。最小噪聲系數：說明：1低噪聲放大器應該盡量選用 小的器件，使最小噪聲

36、系數較小2器件的 和噪聲系數都是頻率f的函數，因此各種低噪聲器件只是在一定的頻率范圍內才能達到其最小噪聲系數。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術結論：結論：一件器材的輸出阻抗和所連接的負載阻抗之間所應滿足的某種關系，以免接上負載后對器材本身的工作狀態產生明顯的影響。對電子設備互連來說，例如信號源連放大器，前級連后級，只要后一

37、級的輸入阻抗大于前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認為阻抗匹配良好；對于放大器連接音箱來說，電子管機應選用與其輸出端標稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微波射頻器件分為無源和有源兩大類，區分兩者的標準是看該器件建立起的等效電路模型中是否含有電源電壓源或

38、者電流源），若器件等效電路模型中有電源，該器件被稱為有源器件。 有源器件是微波射頻器件中重要的一類，在微波技術中占有非常重要的地位。 有源器件的類型主要分為：電子管，晶體管，集成電路。電子管不論二極還是多極，它都有陽極和陰極，陰極在外加電源的作用下，發射電子向陽極流動。外加電源可以直接加在陰極上，也可以加在另外的加熱燈絲上。就是因為這個外加電源的存在，而統稱為有源器件。 b)b)有源器件的選擇有源器件的選擇1.電子管電子管又名真空管，所以又稱為電真空器件。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大

39、和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術2.晶體管屬于半導體器件。導電能力介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。如硅、鍺晶體都屬于半導體。所以用這些晶體材料做成的電子器件，稱為晶體管。它分晶體二極管和晶體三極管。 3.集成電路集成電路顧名思義是將有源器件和無源器件及連接線等集中制造在一個很小的硅片上，再經引線和封裝，形成一個有預定功能的微型整體。(符號為IC)。集成電路的優點是體積小、壽命長、成本低、可靠性高性能好。當前集成電路及大規模集成電路越來越被廣泛的應用。 微

40、弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術選擇方法：選擇方法： 低噪聲放大器應該盡可能選用 小的器件,這樣才能使最小噪聲 系數Fmin較小。另外，由于 都是頻率f的函數，因此各種低噪 聲器件只是在一定的頻率范圍內才能達到其最小噪聲系數； 根據信號源大小選用合適類型的器件，使器件的最佳源電阻等于負 載電阻，實現噪聲匹配下的最小噪聲系數。

41、微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術c)c)偏置電路與直流工作點的選擇偏置電路與直流工作點的選擇為了使放大電路正常地工作，把輸入信號不失真地加以放大，必須有一個合適而穩定的靜態工作點為放大電路提供直流電流和直流電壓的電路.叫做直流(靜態)偏置電路，簡稱偏置電路。由于各種電子電路對偏置電路有不同的要求，所以在實際電路中加設的偏置

42、電路也有所不同。下面介紹幾種常見的偏置電路。 1.1.固定偏置電路固定偏置電路固定偏置電路如圖所示，它是共發射極放大電路。當EC和RB一經確定，就能得到一個固定的基極電流lB和集電極電流IC， 所以把這種電路叫做固定偏置電路。 微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術2. 2. 電壓負反饋偏置電路電壓負反饋偏置電路它和固定偏置電路

43、的不同之處，是將偏流電阻RB接在了三極管集電極上。 電流負反饋偏置電路如圖15-13 所示。它和固定偏置電路的不同之處是.在半導三極管的發射極上串接了一個電阻RE 。4. 4. 分壓式電流負反饋偏置電路分壓式電流負反饋偏置電路3. 3. 電流負反饋偏置電路電流負反饋偏置電路電路中除三極管發射極上接有RE外，同時在基極上還接有RB1和RB2 ， 它們分別接在電源EC的兩端。微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術微弱信號檢測微弱信號檢測 (Weak Signal Detection)第二章第二章 噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術噪聲、低噪聲前置放大和屏蔽接地技術最小噪聲系數：直流工作點： 定義：所謂直流工作點就是輸入信號為零時定義：所謂直流工作點就是輸入信號為零時, ,電路處于直流工作狀態電路處于直流工作狀態, ,這些這些 直流電流直流電流, ,電壓的數值在三極管特性曲線上表示為一個確定的點。電壓的數值在三極管特性曲線上表示為一個確定的點。目的：保證在被放大的交流信號加入電路時目的：保證在被放大的交流信號加入電路時, ,不論是正半周還是負半周都不論是正半周還是負半周都 能滿足發射結正向偏置能滿足發射結正向