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第三章 噪声与干扰
3.1 概述 3.2 噪声的来源和特点 3.3 噪声系数计算方法 3.4 降低噪声系数的措施
噪声的表达方式：噪声系数、噪声温度、灵敏度、
等效噪声系数频带宽度的意义和表达式
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3.1 概述
二、消除外部干扰的方法 基本方法：接地、滤波、隔离、电磁屏蔽等
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• 电源干扰的抑制方法
供电电源因滤波不良所产生的100Hz纹波干扰是主要的电源干扰， 电源内阻产生的寄生耦合干扰也是主要的电源干扰。对于高增益的 小信号放大器，寄生耦合有时可能造成放大器自激振荡。
解决100Hz电源干扰和寄生耦合的方法是对每个电路的供电电源 单独进行一次RC滤波，叫做RC去耦电路，如果电路的工作频率较高， 而供电电流又比较大，则可以用电感代替电阻，构成LC去耦电路， 电感L称为扼流圈。因为大容量的电解电容存在串联寄生电感，在高 频时寄生电感的感抗会很大，使电容失去滤波的作用，所以电路中 都并联一小容量的电容，就可消去寄生电感的影响。
+ C1
C2
R
放大
R0
整 流 稳
+ C1
压
UCC
电 源
L C2
放大
整
R0
流 稳
压
UCC
电 源
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3.1.2 内部噪声
内部噪声分为人为噪声和固有噪声两类。 人为噪 声有交流噪声、感应噪声、接触不良噪声等；固有噪 声是一种起伏型噪声，它存在于所有的电子线路中， 其主要来源是电阻热噪声和半导体器件的噪声。
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3.2 噪声的来源和特点
3.2.1电阻热噪声
电阻是具有一定阻值的导体，内部存在着大量作杂乱无章运动的自 由电子。电阻热噪声是由于电阻内部自由电子的热运动产生的。在运动 中自由电子经常相互碰撞, 因而其运动速度的大小和方向都是不规则的。 温度越高, 运动越剧烈。只有当温度下降到绝对零度时, 运动才会停止。 自由电子这种热运动在导体内形成非常微弱的电流, 这种电流呈杂乱起 伏的状态，习惯上把它引起的噪声称为起伏噪声。起伏噪声电流流过电 阻本身就会在其两端产生起伏噪声电压如图3.1。
一般来讲，除了有用信号之外的任何电压或电流都 叫干扰，但习惯上把外部来的称为干扰，内部固有的称 为噪声。
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3.1.1 外部干扰
一、外部干扰的来源 外部干扰分为自然干扰和人为干扰。自然干扰指的是 大气中的各种扰动或者来自宇宙天体的电磁辐射。人 为干扰是各种电器设备和电子设备产生的干扰。
起伏噪声的均方值是确定的, 可以用功率计测量出来。 实验发现, 在整个无线电频段内, 当温度一定时, 单位电阻上 所消耗的平均功率在单位频带内几乎是一个常数, 即其功率 频谱密度是一个常数。对照白光内包含了所有可见光波长 这一现象, 人们把这种在整个无线电频段内具有均匀频谱的 起伏噪声称为白噪声。
退8出
SU( f ) 4kTR
SI
(
f
)
4kT R
单位W/Hz、 V2/Hz、 I2/Hz
其 中 ， 波 尔 兹 曼k 常 1.3数 81023jK1，
T为 电 阻 温 度 ， 以度 绝计 对量 温
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热噪声的频谱是很宽并且均匀的。但对一个具体的
电子电路如放大器，若其频带宽度为Bn【注：这里的 带宽严格地讲叫等效噪声带宽，按照噪声功率相等(几 何意义即面积相等)换算而来的，这里是用放大器的工 作频率范围近似】，则电阻R产生的热噪声均方值电压 和均方值电流分别为：
对于实际电感的损耗 电阻一般不能忽略，而 对于实际电容的损耗电 阻一般可以忽略。
图3.1 热噪声电压的波形
退7出
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由于起伏噪声电压的变化是不规则的, 其瞬时振幅和瞬 时相位是随机的, 所以无法计算其瞬时值。但起伏噪声电压 的平均值为零, 噪声电压正是不规则地偏离此平均值而起伏 变化。
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衡量起伏噪声的强度通常用噪声电压均方值表示, 可写成：
un2
lim1 TT
0Tun2(t)dt
(3.2.1)
电压的平方可以看作这个电压在1电阻上消耗的功率， 而单位频带内的功率(单位频带内所含电压或电流的均方值)叫做功率谱密 度。试验和理论分析证明，阻值为R的电阻所产生的噪声电压 功率频谱密度和噪声电流功率频谱密度分别为：
解：
un24kTR nB41.3810 2329025010 310 5 410 10V2
in24kTg nB6.410 21 V2
un24kT B n R 41.3 810 2 329 2 05 2 1030 150 210 1V 02
电阻热噪声等效电路
R1
R1
U
2 n1
R2
R2
U
2 n2
R1+R2
Un21 Un22
R1 R2
R2 R1
I
2 n1
多个电阻的热噪声强度
In22 In22
I
2 n
2
R1//R2
退11出
例1，计算250k金属膜电阻的均方值噪声电压，转换成电流 源等效电路后，其均方值噪声电流为多少？若并联上250k 金属膜电阻，总均方值电压又为多少？设T=290K,Bn=105Hz, 波尔兹曼常数k=1.3810-23jK-1
表示一定带 宽的起伏噪
声的强度
un2 SU(f)Bn 4kTRnB
(3.2.2)
in2 SI(f)Bn 4kTR1Bn 4kTgnB(3.2.3)
可见，频带越宽，温度越高，阻值越大，噪声电压就 越大。
退10出
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一个实际的电阻在电路中的作用， 可以用一个理想(不产生噪声)的电阻 与一个热噪声电压源相串联，或与一 个热噪声电流源相并联来等效表示。 如图所示。对于线性网络的噪声，叠 加原理适用，即总的噪声输出功率， 等于每个噪声源单独作用在输出端产 生噪声功率之和。
人们收听广播时, 常常会听到“沙沙”声； 观看电 视时, 常常会看到“雪花”似的背景或波纹线, 这些都是 接收机中的放大器和其它元器件存在噪声的结果。
通信电子线路处理的信号，多数是微弱的小信号， 因而很容易受到内部和外界一些不需要的电压、电流及 电磁骚动的影响，这些影响称为干扰（或噪声），当干 扰的大小可以与有用信号相比较时，有用信号将被它们 所“淹没”。为此，研究干扰问题是电子技术的一个重 要课题。