《低噪声放大器》原理与设计.ppt

低噪声放大器工作原理
低噪声放大器是一种能够放大弱信号且尽量减少添加噪声的电子设备。

其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 信号输入：低噪声放大器的输入端接收来自于传感器或其他信号源的弱信号。

2. 信号放大：接收到的弱信号经过低噪声放大器的放大器部分，通过使用合适的放大电路（如晶体管或运放等），使信号得到放大。

3. 降噪处理：为了减少放大过程中引入的噪声，低噪声放大器通常会采取一系列的降噪处理措施。

例如，可以通过使用低噪声元件、降低放大器的温度、减小放大器的带宽等方式来降低噪声。

4. 输出信号：经过放大和降噪处理后，信号被送到低噪声放大器的输出端。

输出信号可以进一步传递给其他电路或设备，供后续处理和分析。

总的来说，低噪声放大器通过放大输入信号并尽可能地减少噪声水平，提供了清晰、可靠的放大后输出信号。

这使得低噪声放大器在许多领域中广泛应用，如无线通信、生物医学、天文学等。

低噪声放大器1. 引言低噪声放大器（Low-Noise Amplifier，LNA）是一种广泛应用于无线通信系统中的重要电路器件。

它的主要功能是将来自天线的微弱信号放大到一个足够强度，以便后续电路可以有效地处理。

在无线通信系统中，LNAs通常作为接收链路的第一级放大器，承担着放大微弱信号、增加系统灵敏度、提高信噪比的关键任务。

本文将介绍低噪声放大器的工作原理、性能指标以及常见的设计技术，希望能帮助读者更好地理解和应用低噪声放大器。

2. 工作原理低噪声放大器的工作原理与一般放大器相似，都是通过引入外部直流电源，利用放大元件（例如晶体管）的放大特性，将输入信号放大到所需的幅度。

与一般放大器不同的是，低噪声放大器在设计上注重将输入端的噪声最小化。

这是因为在无线通信系统中，接收链路中的噪声是非常重要的考量因素。

LNAs需要尽可能地放大微弱信号，同时不引入过多的噪声，以保持系统的信噪比。

为了实现低噪声的放大，低噪声放大器采用了一系列的设计技术和电路拓扑。

接下来，我们将介绍一些常见的设计技术。

3. 设计技术3.1 硅锗杂化放大器硅锗杂化放大器是一种常见的低噪声放大器设计技术。

它采用硅和锗两种材料的结合，兼具硅和锗的优点。

硅材料具有良好的集成性能和工艺制造能力，而锗材料具有较高的迁移率和较低的噪声系数。

因此，硅锗杂化放大器能够在保持良好集成性能的同时，实现较低的噪声指标。

3.2 噪声系数优化噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要指标之一。

为了优化噪声系数，设计者可以采用一系列的技术手段，例如：•尽量采用低噪声的放大元件，例如高迁移率的晶体管；•优化电源的供电电压和电流，以减小噪声；•使用电流源对放大电路进行偏置，以提高放大器的线性度。

3.3 反馈放大器设计反馈放大器是一种常用的放大器设计技术，也可以应用于低噪声放大器的设计中。

通过适当选择反馈回路的参数和拓扑结构，可以有效地减小放大器的噪声系数。

在反馈放大器中，一部分输出信号经过反馈回路与输入信号相叠加，形成反馈信号，从而减小噪声。

微波低噪声放大器的原理与设计一、实验目的1．了解射频放大器的基本原理与设计方法；2．利用实验模组实际测量以了解放大器的特性；3．学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。

二、实验原理在一个无线接收系统中，为了获得良好的总体系统性能，需要一个性能优越的前端，而低噪声放大器（LNA）就是前端的一个重要组成部分。

低吸声放大器电路结构：低噪声放大器作为射频信号传输链路的第一级，必须满足以下要求：首先，具有足够高的增益及接收灵敏度；其次，具有足够高的线性度，以抑止干扰和防止灵敏度下降；第三，端口匹配良好，信号能够有效地传输。

另外，还要满足有效隔离、防止信号泄漏以及稳定性等方面的要求。

通常，射频电路端口要与50Ω阻抗匹配，为了满足输入端功率匹配条件，一般采用源极串联电感反馈匹配结构，如图15-1所示。

图15-2是该结构的小信号图。

图15-1 源极串联电感反馈匹配结构图15-2 源极串联电感反馈匹配结构的小信号图在图15-1、图15-2中，Lg为栅极串联电感，LS为源极串联电感，Cgs为等效栅源电容。

由图15-2可得：当谐振时有：其中，这种结构用电感来等效实电阻进行阻抗匹配，没有引入过多的噪声，因此被广泛采用。

在频率较高的频段设计制作放大器，通常采用场效应管FET。

影响放大器的噪声系数的因素有很多，除了选用性能优良的元器件外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。

放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，放大器存在着最佳的信号源阻抗，如图15-3所示。

此时，放大器的噪声系数是最小的，所以放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计，也即根据FET的Γopt来进行设计。

为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比，输出匹配电路则采用共轭匹配。

输入匹配电路在达到最佳噪声匹配时，放大器的输入阻抗不一定恰好与信号源阻抗匹配，因而功率放大倍数不是最大。

设计低噪声放大器，首要考虑的是噪声要尽可能低，其次才是增益的问题。

低噪音放大器的原理低噪音放大器是一种用于放大微弱信号的电子设备，它的主要特点是在信号放大的过程中尽量减少噪音的产生和干扰。

低噪音放大器广泛应用于无线通信、雷达、医疗仪器等领域，对于提高信号质量和系统性能至关重要。

低噪音放大器的原理基于两个关键方面：电子元件的噪声特性和电路设计的优化。

了解电子元件的噪声特性对于低噪音放大器的设计非常重要。

在电子元件中，噪声可以分为两种类型：热噪声和非热噪声。

热噪声是由于电子元件内部的热运动引起的，其大小与元件的温度有关。

例如，电阻器的热噪声与其阻值和温度成正比。

非热噪声则是由于电子元件结构和工艺引起的，例如晶体管的非热噪声与其结构参数和工艺有关。

电路设计的优化对于低噪音放大器的性能至关重要。

在电路设计中，有几个关键的方面需要考虑。

首先是选择合适的放大器结构。

常见的放大器结构有共射放大器、共基放大器和共集放大器。

其中，共射放大器是最常用的，具有较高的增益和较低的噪声系数。

共射放大器的特点是输入端接地，输出端通过负载电阻与电源电压相连。

该结构的特点使得其具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，适合用于信号放大。

其次是选择合适的工作点。

工作点是指放大器在静态条件下的工作状态。

选择合适的工作点可以使得放大器在放大信号的同时，尽量减小噪声的产生。

通常情况下，工作点选择在晶体管的中间区域，以保证其具有较高的增益和较低的噪声系数。

还需要注意电路的匹配和稳定性。

匹配是指输入端和输出端的阻抗与信号源和负载的阻抗相匹配，以提高信号传输的效率。

稳定性是指电路对于外部干扰和温度变化的抵抗能力。

为了提高电路的稳定性，可以采用负反馈的方法，将一部分输出信号反馈到输入端，抑制干扰和噪声的产生。

还可以采用一些降噪的技术来进一步减小噪声的影响。

例如，可以使用低噪音的电源和优质的电子元件，以减小噪声的来源。

同时，还可以采用滤波器来滤除噪声信号。

低噪音放大器的原理基于电子元件的噪声特性和电路设计的优化。

通过选择合适的放大器结构和工作点，优化电路的匹配和稳定性，以及采用降噪的技术，可以有效地减小噪声的产生和干扰，提高信号的质量和系统性能。

《通信电子线路》(第 2 版)2．1引言2．2晶体管高频小信号模型2．3LNA主要指标2．4单管低噪声放大器2．5集成宽带低噪声放大器2．6LNA的噪声匹配2．7LNA设计举例2．1 引言•低噪声放大器在接收通道中的作用与位置图2.1.1 某CDMA移动台射频前端收发系统结构框图2．1 引言•LNA的主要特点1、要求LNA有较低的噪声系数。

2、要求LNA有一定的功率增益。

3、要求LNA具有足够的线性范围。

4、LNA的匹配问题•双极型晶体管共射小信号等效模型主要参数：发射结的结电阻r b’e 、发射结电容C b’e 、集电结电容C b’c 基极电阻r bb’、g m U b’e 、特征频率f T .2．2 晶体管高频小信号模型•r b ’e 为发射结的结电阻，其值为：EQT e e b I U r r )1()1('ββ+=+=•C b ’e 为发射结电容，包含势垒电容C T 和扩散电容C D 两部份，C b ’e = C T + C D•C b ’c 为集电结电容，它也包含势垒电容C T 和扩散电容C D 两部份主要参数：2．2 晶体管高频小信号模型2．2．１双极型晶体管共射小信号等效模型•r bb ’由基极引线电阻和基区体电阻组成，其值约为几十到几百欧。

•g m U b ’e 表示双极型晶体管放大作用的等效电流源。

mVI r U i g E be Q BE C m 26≈=∂∂=β•特征频率f T ，定义为共射输出短路电流放大倍数β下降为1时的频率m m T C g C C g f 2)(2ππ≈+=主要参数：2．2 晶体管高频小信号模型2．2．１双极型晶体管共射小信号等效模型主要参数：跨导g m 、输出电阻r ds 、栅源极间和栅漏极间电容C gs 和C gd 、漏源极间电容C ds 、最高工作频率f m2．2 晶体管高频小信号模型2．2．2场效应管小信号模型•跨导g mDQox th GS GSQ ox m I l WC U U l WC g 22)()(μμ≈−≈µ为迁移率，通常为常数。