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噪声系数_图文文库

更新时间:2019-07-25点击次数:

  8.3 8.3.1 信噪比 信噪比和噪声系数 信噪比:权衡一个信号质量好坏的目标。 信噪比:权衡一个信号质量好坏的目标。它是正在指定 的比值, 频带内, 频带内,统一端口信号功率 P 和噪声功率 P的比值,即 s n P S/N = s P n 当用分贝暗示信噪比时, 当用分贝暗示信噪比时,有 P S / N(dB) =10lg s P n 信噪比越大,信号质量越好。 信噪比越大,信号质量越好。 8.3 8.3.2 噪声系数 一、噪声系数 噪声系数定义: 噪声系数定义:线性四端收集输入端的信噪比取 输出端的信噪比之比值。 输出端的信噪比之比值。 是信号源内阻, 线所示,图中Rs是信号源内阻, 8.3.1所示 所示, 是信号源电压, 的等效噪声源电压; υs是信号源电压, n是信号源内阻 Rs的等效噪声源电压; υ 是负载。 RL 是负载。 8.3.2 设输入端的信号功率为 P ,由信号源内阻发生的 si 噪声功率为 P ,而收集的输出端负载上所获得的信号 ni 功率和噪声功率别离为 P 、 no,噪声系数定义为 so P 输 信 比 P P 入 噪 NF = = si ni 输 信 比 P P 出 噪 so no 或用dB暗示为 或用 暗示为 P P (NF )dB =10lg si ni P P so no 噪声系数凡是只合用线性收集, 噪声系数凡是只合用线性收集,由于非线性电会产 生信号和噪声的频次变换, 生信号和噪声的频次变换,噪声系数不克不及反映系统的附 加噪声机能。 加噪声机能。 P Gp = o 若设线性收集的功率增益 P i 则噪声系数能够改写为 NF = P P P P P si ni = si no = no P P P P Gp P so no so ni ni 式中, ni 式中, p P 为信号源内阻 Rs发生的噪声颠末线性收集后 G 正在输出端发生的噪声功率; 正在输出端发生的噪声功率; 8.3.2 而线性收集输出端的总噪声功率 P 应等于 Gp P no ni 和线性收集本身的噪声正在输出端发生的噪声功率 P ano 之和, 之和,即 P = Gp P + P no ni ano 明显, 明显, no Gp P ,故线性收集的噪声系数 NF老是大于 。 P 老是大于1。 ni 为了更清晰地领会收集发生的噪声, 为了更清晰地领会收集发生的噪声,对信噪比的影 响,噪声系数又可暗示为 NF = P + Gp P ano ni Gp P ni P =1+ ano Gp P ni 由上式能够得出下述结论: 由上式能够得出下述结论: (1)当线性收集本身不发生噪声,即 P = 0时, )当线性收集本身不发生噪声, ano NF =1,故为无噪声的收集。 故为无噪声的收集。 越大, (2)线性收集本身发生的噪声 P 越大,噪声系数 ) ano NF 越大。 越大。 越大, (3)线性收集的功率增益 Gp 越大,噪声系数 ) NF 越小。 越小。 这申明为了降低收集的噪声系数应设法增大线性网 这申明为了降低收集的噪声系数应设法增大线性网 络的功率增益。 络的功率增益。 8.3.2 为了计较和丈量的便利, 为了计较和丈量的便利,噪声系数也能够用额定功 Power)和额定功率增益的关系来定义。 率(Rated Power)和额定功率增益的关系来定义。 所谓的额定功率是指信号源所能输出的最大功率。 所谓的额定功率是指信号源所能输出的最大功率。 额定功率是指信号源所能输出的最大功率 为了使信号源有最大输出功率,对于图 为了使信号源有最大输出功率,对于图8.3.2所示的 所示的 收集, 收集,必需使放大器的输入电阻 R取信号源内阻 Rs 相匹 i 配,也即应使 Ri = Rs。 Vs2 因此额定输入信号功率为 P′ = si 4Rs 额定输入噪声功率 P′ = ni 4kTRs B = = kTB 4Rs 4Rs 2 υn 8.3.2 由上两式知,不管信号源内阻若何, 由上两式知,不管信号源内阻若何,它发生的额定 噪声功率是不异的,其大小只取电阻所处的温度 和 噪声功率是不异的,其大小只取电阻所处的温度T和 系统带宽B相关。 系统带宽B相关。 带宽 的添加而减小, 而信号源额定功率却跟着内阻 Rs 的添加而减小,这也 是为什么领受机采用低内阻天线的缘由。 是为什么领受机采用低内阻天线的缘由。 放大器的额定功率增益是指放大器(或线性收集) 放大器的额定功率增益是指放大器(或线性收集) 的输入端和输出端别离婚配( 的输入端和输出端别离婚配( Ri = Rs、 o = RL)时的功 R 率增益, 率增益,即 GpH P′ = so P′ si 线性收集输出端的总噪声额定功率 P′ 同样应等于 GpH P′ ni no 和线性收集本身的噪声正在输出端发生的额定噪声功率 P′ ano 之和, 之和,即 P′ = GpH P′ + P′ ,所以噪声系数能够暗示为 no ni ano P′ si NF = P′ so P′ ni P′ no GpH P′ + P′ P′ P′ ni ano no = = =1+ ano P′GpH P′GpH P′GpH ni ni ni 将额定输入噪声功率式代入可得 P′ P′ no ano NF = =1+ kTBGpH kTBGpH 8.3.2 二、多级放大电的噪声 假如,有两个四端收集级联,如图 所示。 假如,有两个四端收集级联,如图8.3.3所示。它们 所示 的噪声系数、额定功率增益、 的噪声系数、额定功率增益、噪声带宽别离为 G NF1、 F2、 pH1 , pH 2 , 1、 2 ,而且 B = B2 = B 。 N G B B 1 按照定义, 按照定义,级联收集的总噪声系数 NF为 P′ P′ no no = NF1i2 = GpH1i2P′ GpH1i2kTni B ni 8.3.2 P′ no NF1i2 = = GpH1i2P′ GpH1i2kTni B ni 式中, ′ 是级联四端收集总输出的额定噪声功率。 式中, no 是级联四端收集总输出的额定噪声功率。 P GpH1i2 = GpH1GpH 2 是级联收集总的额定功率增益。 no由三部 是级联收集总的额定功率增益。 ′ P P′ no 分构成: 分构成: ① 信号源内阻 Rs发生的噪声颠末两级放大后正在输出端 的噪声额定功率 GpH1GpH 2kTB ; ②第一级收集内部噪声P′ 1经第二级放大后正在输出端 ano 的噪声额定功率GPH 2P′ 1 ; ano 8.3.2 P′ no NF1i2 = = GpH1i2P′ GpH1i2kTni B ni ③第二级收集的内部噪声输出端的噪声额定功率 P′ 2 ano 故 P′ 可暗示为 P′ = GpH1GpH 2kTB + GpH 2P′ 1 + P′ 2 no ano ano no P′ P′ no ano =1+ 可求得第一级、 由式 NF = 可求得第一级、第二级 kTBGpH kTBGpH P′ no 和 ano 收集的内部噪声 P′ 1 P′ 2 为 ano P′ 1 = (NF1 1)GpH1kTB ano P′ 2 = (NF 2 1)GpH 2kTB ano 8.3.2 所以 NF1i2 = NF1 + NF2 1 对于电构成的级联收集, 对于电构成的级联收集, GpH1 可将前两级看做第一级,后面一级看做第二级, 可将前两级看做第一级,后面一级看做第二级,则可获得 NF1i2i3为 NF1i2i3 = NF1i2 + NF3 1 N 1 N 1 = NF1 + F2 + F3 GpH1i2 GpH1 GpH1GpH2 同理, 级电构成的收集, 同理,对n级电构成的收集,总的噪声系数为 级电构成的收集 NFn 1 NF 2 1 NF3 1 + ++ NF1i2n = NF1 + GpH1 GpH1GpH 2 GpH1GpH 2 GpHn 8.3.2 由以上公式可得出如下结论: 由以上公式可得出如下结论: 若各级噪声系数小而额定功率增益大, 若各级噪声系数小而额定功率增益大,级联电的 的影响是分歧的, 总噪声系数 NF 小。可是各级噪声对 NF 的影响是分歧的, 越是接近前面几级的噪声系数和额定功率增益对总的噪 声系数影响越大。因而级联电中最次要的是前面的第 声系数影响越大。 一、二级,最环节的是由第一级放大器的噪声系数 NF1 二级, 和额定功率增益 GpH1所决定。 所决定。 8.3.2 三、等效噪声温度Te 噪声温度的定义是: 噪声温度的定义是: 把收集的内部噪声折算到其输入端时, 把收集的内部噪声折算到其输入端时,使噪声源电 阻所升高的温度称为等效噪声温度Te 。 因为噪声源正在收集输出端的额定噪声功率为 P′GpH = kTo BGpH ni 内部噪声正在收集输出端的额定功率为 GpH kTe B。 所以收集的噪声系数NF 可暗示为 GpkTe B P′ Te ano NF =1+ =1+ =1+ P′GpH GpkTo B To ni 8.3.2 所以, 所以,等效噪声温度为 Te = (NF 1)To T 式中, 是尺度温度,正在一般环境下, 式中, o 是尺度温度,正在一般环境下,能够认为 To 290K。 = 。 N , N 当 Te=0时(收集内部无噪声), F=l, F (dB) 0dB = 时 收集内部无噪声), N 当 Te=290K。(内部噪声等于外部噪声)时, F=2, 。(内部噪声等于外部噪声 。(内部噪声等于外部噪声) , NF (dB) 3dB。 = 8.3.2 8.3.3 减小噪声系数的办法 按照会商的成果, 按照会商的成果,可提出如下减小噪 声系数的办法: 声系数的办法: 选用低噪声元、 一、选用低噪声元、器件 正在放大或其它电中, 正在放大或其它电中,电子器件的内部噪声起着沉 要感化。因而, 要感化。因而,改良电子器件的噪声机能和选用低噪声 的电子器件,就能大大降低电的噪声系数。 的电子器件,就能大大降低电的噪声系数。 对晶体管而言, 对晶体管而言,应选用 ( rb rbb′)和噪声系数 NF 小的管子(可由手册查得, 小的管子(可由手册查得,但 NF 必需是高频工做时 的数值)。除采用晶体管外, 的数值)。除采用晶体管外,目前还普遍采用场效应管 )。除采用晶体管外 做放大器和混频器,由于场效应管的噪声电平低, 做放大器和混频器,由于场效应管的噪声电平低,特别 是比来成长起来的砷化镓金属半导体场效应管 (MESFET),它的噪声系数可低到0.5~ldB。 MESFET),它的噪声系数可低到0.5~ldB。 ),它的噪声系数可低到0.5 正在电中, 正在电中,还必需隆重地选用其他能惹起噪声的电 元件,此中最次要的是电阻元件。 元件,此中最次要的是电阻元件。宜选用布局精细的 金属膜电阻。 金属膜电阻。 8.3.3 二、准确选择晶体管放大级的静态工做点 可看出, 图8.3.4可看出,对于分歧的信号源内阻RS ,最佳的 可看出 IEQ 值也分歧。 值也分歧。 当然, 当然, F N 还别离取晶体 管的VCBQ 和VCEQ 相关。 相关。但凡是VCBQ 和 VCEQ对 NF的影响不大。电压低时, F 略有下降。 的影响不大。电压低时, 略有下降。 N 8.3.3 图8.3.4 晶体管的 N F 取 I EQ 的关系曲线 RS 三、选择合适的信号源内阻 的大小。 信号源内阻 RS变化时,也影响 NF的大小。当 RS 变化时, 某一最佳值时, 可达到最小。 某一最佳值时, S可达到最小。 R 四、选择合适的工做带宽 按照的会商,噪声电压都取通带宽度相关。 按照的会商,噪声电压都取通带宽度相关。 领受机或放大器的带宽增大时, 领受机或放大器的带宽增大时,领受机或放大器的各 种内部噪声也增大。因而, 种内部噪声也增大。因而,必需严酷选择领受机或放 大器的带宽,使之既不外窄, 大器的带宽,使之既不外窄,以能满脚信号通过时对 失实的要求,又不致过宽,免得信噪比下降。 失实的要求,又不致过宽,免得信噪比下降。 8.3.3 五、选用合适的放大电 一共基级联的放大器、 一共基级联的放大器、共源 一共栅级联的 放大器都是优秀的高不变和低噪声电。 放大器都是优秀的高不变和低噪声电。 六、热噪声 热噪声是内部噪声的次要来历之一, 热噪声是内部噪声的次要来历之一,所以降低放 大器、出格是领受机前端次要器件的工做温度, 大器、出格是领受机前端次要器件的工做温度,对减 小噪声系数是成心义的。对活络度要求出格高的设备 小噪声系数是成心义的。 来说,降低噪声温度是一个主要办法。 来说,降低噪声温度是一个主要办法。 8.3.3