噪声系数的计算及测量方法
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噪声系数的计算及测量方法(一)
时间:
2012-10-25 14:32:49
来源:
作者:
噪声系数
(NF)
是
RF
系统设计师常用的
一个参数,它用于表征
RF
放大器、混频器
等器件的噪声,
并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。
许多优秀的通信和接收
机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明
< br>.
现在,
RF
应用中会用到许
多宽带运算放大器和
ADC
,
这些器件
的噪声系数因而变
得重要起来。
讨论了确定运算放大器噪声系数
的适用方法。我们不仅必须知道运算放大
器的电压和电流噪声,而且应当知道确切的电路
条件:闭环增益、增益设置电阻值、源
电阻、带宽等。计算
AD
C
的噪声系数则更具挑战性,大家很快就会明白此言不虚。
<
/p>
公式表示为:噪声系数
NF=
输入端信噪
比
/
输出端信噪比,单位常用
“dB”
。
该系数并不是越大越好,
它的值越大,
说明在传输过程中掺入的噪声也就越大,
< br>反
应了器件或者信道特性的不理想。
< br>在放大器的噪声系数比较低的情况下,通常放大器的噪声系数用噪声温度
(T)<
/p>
来表
示。
噪声系数与噪声温度的关系为:
T=(NF-1)T0
或
NF=T/T0+1
其中:
T0-
绝对温度
(
290K)
噪声系数计算方法
研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。
因此,离开信号谈噪声是无意义
的。
从噪声对信号影响的效果看,
不在于噪声电平绝对值的大小,<
/p>
而在于信号功率与噪
声功率的相对值,即信噪比,记为
S/N(
信号功率与噪声功率比
)
。
即便噪声电平绝对
值很高
,但只要信噪比达到一定要求,噪声影响就可以忽略。
否则即
便噪声绝对电平
低,由于信号电平更低,
即信噪比低于
1
,则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。
因
此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。
1
噪声系数的定义
要描述放大系统的固有噪声的大小,就要用噪声系数,其定义为
设
Pi
为信号源的输入信号功率,
Pni
为信号源内阻
RS
产生的噪声功率,<
/p>
Po
和
Pno
分
别为信号和信号源内阻在负载上所产生的输出功率和输出噪声功率
,Pna
表示线性电
路内部附加噪声功率在输出端的输出。
已知噪声功率是与带宽
B
相联系的。<
/p>
噪声系数与输入信号大小无关。定义:
Pni
为信号源内阻
Rs
的最大输出功
率,为
kTB
噪声系数的大小与四端网络输入端的匹配情况无关
噪声系数的定义只适用于线性或准线性电路
信噪比与负载的关系
设信号源内阻为
RS
,信号源的电压为
US(
有效值
)
,当它与负载电阻
RL
相接时,
在负载电阻
RL
p>
上的信噪比计
算如下:
在负载两端的信噪比结论:
信号源与
任何负载相接本不影响其输入端信噪比,即
无论负载为何值,
其
信噪比都不变,其值为负载开路时的信号电压平方与噪声电压均方
值之比。
2.
噪声系数的计算
用额定功率和额定功率增益表示的噪声系数
放大器输入信号源电路如图所示。
任
何信号源加上负载后,其信噪比与负载大小
无关,信噪比均为信号均方电压
(
或电流
)
与噪声均方电压
(
或电流
)
之
比。
放大器的噪声系数
NF
为
Pasi
和
Pao
分别为放大器的输入和输出额定信号功率,
Pani<
/p>
和
Pano
分别为放大
< br>的输入和输出额定噪声功率,
Gpa
为放大器的额定功率
增益。
额定功率
,
又称资用功率或可用功率
,
是指信号源所能输出的最大功率
,
它是一个
度量信号源容量大小的参数
,
是信号源的一个属性
,
它只取决于信
号源本身的参数
——
内阻和电动势
,
与输入电阻和负载无关
,
如图所示。