噪声系数的计算及测量方法

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2021年02月20日 06:39
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2021年2月20日发(作者:心语)


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)



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




NF=T/T0+1

< p>
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

< p>
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。




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







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



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


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







Pasi



Pao


分别为放大器的输入和输出额定信号功率,


Pani< /p>



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。



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