噪聲系數(shù)分析儀

《計量學(xué)名詞》第一版。 2100433B

用于測量放大器、混頻器以及接收機等線性和準(zhǔn)線性網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)的儀器。

由于放大器本身有噪聲，輸出端的信噪比和輸入端信噪比是不一樣的，為此，使用噪聲系數(shù)來衡量放大器本身的噪聲水平。該系數(shù)表征放大器的噪聲性能惡化程度的一個參量，并不是越大越好，它的值越大，說明在傳輸過程中摻入的噪聲也就越大，反映了器件或者信道特性的不理想。

在一些部件和系統(tǒng)中，噪聲對它們性能的影響主要表現(xiàn)于信號與噪聲的相對大小，即信號噪聲功率比上。就以收音機和電視機來說，若輸出端的信噪比越大，聲音就越清楚，圖像就越清晰。因此，希望有這樣的電路和系統(tǒng)：當(dāng)有用信號和輸入端的噪聲通過它們時，此系統(tǒng)不引入附加的噪聲。這意味著輸出端與輸入端具有相同的信噪比。實際上，由于電路或系統(tǒng)內(nèi)部總有附加噪聲，信噪比不可能不變。我們希望輸出端信噪比的下降應(yīng)盡可能小。

噪聲系數(shù)F表征二端口網(wǎng)絡(luò)對信噪比影響的情況。對于一個無噪聲的理想放大器，F(xiàn)=1；而對于具有內(nèi)部噪聲源的實際放大器，F(xiàn)>1。F越大，說明放大器內(nèi)部噪聲越嚴(yán)重，放大器導(dǎo)致的信噪比惡化程度越嚴(yán)重。

設(shè)由源電阻R_S的噪聲經(jīng)無噪聲二端口放大后的輸出噪聲功率為P_RS，見圖3-19；實際二端口輸入端連接到一個無噪聲的電阻R_S時的輸出噪聲功率為P_TP，P_TP純屬二端口的噪聲貢獻。則式可表示為

由上式可見，如果人為地增加信號源的電阻，則其熱噪聲增加，P_RS也會增加，噪聲系數(shù)會降低，盡管輸出噪聲功率已增加。這說明，噪聲系數(shù)只是提供了由二端口產(chǎn)生的噪聲和信號源噪聲之間的比較，而不是對二端口噪聲的絕對估計值。

此外，噪聲系數(shù)還具有下列特點：

(1)此參數(shù)不包括負(fù)載對輸出噪聲的貢獻。

(2)噪聲系數(shù)密切依賴于信號源的內(nèi)阻。

(3)無噪聲二端口的噪聲系數(shù)為1。

(4)一個含噪聲二端口總是會將其自身噪聲添加到信號源的噪聲，這種貢獻可用(F-1)來估計。換言之，噪聲系數(shù)總大于1。

(5)如果沒有信號源內(nèi)部阻抗的信息，噪聲系數(shù)的概念是沒有意義的。

(6)相對于S/N，噪聲系數(shù)更便利于測量和計算，因為沒有必要知道信號的振幅。此外，由噪聲系數(shù)的表達式可推導(dǎo)m信號源電阻的最優(yōu)值，而對于S/N，信號源電阻最優(yōu)值是零。

上述結(jié)論說明，為什么許多人仍然認(rèn)為降低噪聲系數(shù)是低噪聲設(shè)計的主要目標(biāo)，盡管有證據(jù)表明，在任何通信鏈路或傳感器一放大器系統(tǒng)中，更為重要的是信噪比S/N而不是噪聲系數(shù)。

噪聲系數(shù)的定義涉及下列幾個限制：

(1)如果信號源的內(nèi)部阻抗是純電抗，它無噪聲，由此導(dǎo)致噪聲系數(shù)變?yōu)闊o窮大。

(2)當(dāng)二端口添加的噪聲與源噪聲相比可忽略時，噪聲系數(shù)是兩個幾乎相等的量的比值。這可能會導(dǎo)致不可接受的誤差。

(3)噪聲系數(shù)的值取決于信號頻率、偏壓、溫度以及信號源阻抗。如果這些條件不同．比較兩個噪聲系數(shù)是毫無意義的。

(4)噪聲系數(shù)被定義在標(biāo)準(zhǔn)參考溫度(290K)，只有使用相同的參考溫度，它才是有意義的。因此，它不像噪聲溫度那么通用，噪聲溫度只要求噪聲功率必須是已知的，而對溫度沒有任何限制。

此外，噪聲系數(shù)只適用于線性電路，對于非線性電路，即使電路內(nèi)部沒有任何噪聲源，其輸出端的信噪比也與輸入端不同，噪聲系數(shù)的概念不再適用。

公式表示為：噪聲系數(shù)N_F=輸入端信噪比/輸出端信噪比，單位常用“dB”。

在放大器的噪聲系數(shù)比較低的情況下，通常放大器的噪聲系數(shù)用噪聲溫度（T）來表示。

放大電路不僅把輸入端的噪聲放大，而且放大電路本身也存在噪聲。所以，其輸出端的信噪比必小于輸入端信噪比。在放大器中，內(nèi)部噪聲與外部噪聲愈小愈好。放大電路本身噪聲越大，它的輸出端信噪比越小于輸入端信噪比，N_F就越大。

噪聲系數(shù)與噪聲溫度的關(guān)系為：T=（NF-1）T₀ 或 NF=T/T₀ 1 其中：T₀-絕對溫度（290K）。