噪聲系數(shù)PPT學習教案

1、會計學1 噪聲系數(shù)定義：線性四端網絡輸入端的信噪比與噪聲系數(shù)定義：線性四端網絡輸入端的信噪比與輸出端的信噪比之比值。輸出端的信噪比之比值。s是信號源電壓，是信號源電壓， n是信號源內阻是信號源內阻 sR的等效噪聲源電壓；的等效噪聲源電壓； LR是負載。是負載。 sR是信號源內阻，是信號源內阻， 線件四端網絡如圖線件四端網絡如圖 8.3.18.3.1所示，圖中所示，圖中一、噪聲系數(shù)一、噪聲系數(shù)第1頁/共21頁設輸入端的信號功率為設輸入端的信號功率為 siP，由信號源內阻產生，由信號源內阻產生的的噪聲功率為噪聲功率為 niP，而網絡的輸出端負載上所得到的信，而網絡的輸出端負載上所得到的信號號、 功

2、率和噪聲功率分別為功率和噪聲功率分別為 soPnoP，噪聲系數(shù)定義為，噪聲系數(shù)定義為 siniFsonoPPNPP輸入信噪比輸出信噪比或用或用dB表示為表示為 ()10lgsiniFdBsonoPPNPP第2頁/共21頁 噪聲系數(shù)通常只適用線性網絡，因為非線性電路會噪聲系數(shù)通常只適用線性網絡，因為非線性電路會產生信號和噪聲的頻率變換，噪聲系數(shù)不能反映系統(tǒng)的產生信號和噪聲的頻率變換，噪聲系數(shù)不能反映系統(tǒng)的附加噪聲性能。附加噪聲性能。opiPGP則噪聲系數(shù)可以改寫為則噪聲系數(shù)可以改寫為 sinisinonoFsonosonipniPPP PPNPPPPG P式中，式中， pniG P為信號源內阻為

3、信號源內阻 sR產生的噪聲經過線性網絡后產生的噪聲經過線性網絡后在輸出端產生的噪聲功率在輸出端產生的噪聲功率；若設線性網絡的功率增益若設線性網絡的功率增益第3頁/共21頁而線性網絡輸出端的總噪聲功率而線性網絡輸出端的總噪聲功率noP應等于應等于 pniG P和線性網絡本身的噪聲在輸出端產生的噪聲功率和線性網絡本身的噪聲在輸出端產生的噪聲功率anoP之和，即之和，即 nopnianoPG PP顯然，顯然， nopniPG P，故線性網絡的噪聲系數(shù)，故線性網絡的噪聲系數(shù) FN總是大于總是大于1。 為了更清楚地了解網絡產生的噪聲，對信噪比的為了更清楚地了解網絡產生的噪聲，對信噪比的影響，噪聲系數(shù)又可

4、表示為影響，噪聲系數(shù)又可表示為 1anopnianoFpnipniPG PPNG PG P 第4頁/共21頁（1）當線性網絡本身不產生噪聲，當線性網絡本身不產生噪聲，即即 0anoP時，時， 1FN，故為無噪聲的理性網絡。，故為無噪聲的理性網絡。 （2）線性網絡本身產生的噪聲線性網絡本身產生的噪聲 anoP越大，噪聲系數(shù)越大，噪聲系數(shù) FN越大。越大。 （3）線性網絡的功率增益線性網絡的功率增益 pG越大，噪聲系數(shù)越大，噪聲系數(shù) FN越小。越小。由上式可以得出下述結論：由上式可以得出下述結論： 這說明為了這說明為了降低網絡的噪聲系數(shù)應設法增大線性降低網絡的噪聲系數(shù)應設法增大線性網絡的功率增益。

5、網絡的功率增益。 第5頁/共21頁 為了使信號源有最大輸出功率，對于圖所示的網絡為了使信號源有最大輸出功率，對于圖所示的網絡，必須使放大器的輸入電阻，必須使放大器的輸入電阻 iR與信號源內阻與信號源內阻 sR相匹相匹因而額定輸入信號功率為因而額定輸入信號功率為 24ssisVPR 額定輸入噪聲功率額定輸入噪聲功率 2444nsnisskTR BPkTBRR 為了計算和測量的方便，噪聲系數(shù)也可以用額定功率（為了計算和測量的方便，噪聲系數(shù)也可以用額定功率（Rated PowerRated Power）和額定功率增益的關系來定義。）和額定功率增益的關系來定義。所謂的所謂的額定功率是指信號源所能輸出的

6、最大功率。額定功率是指信號源所能輸出的最大功率。isRR配，也即應使配，也即應使。第6頁/共21頁 由上兩式知，不管信號源內阻如何，它產生的額定由上兩式知，不管信號源內阻如何，它產生的額定噪聲功率是相同的，其大小只與電阻所處的環(huán)境溫度噪聲功率是相同的，其大小只與電阻所處的環(huán)境溫度T和系統(tǒng)和系統(tǒng)帶寬帶寬B B有關。有關。是為什么接收機采用低內阻天線的原因。是為什么接收機采用低內阻天線的原因。 而信號源額定功率卻隨著內阻而信號源額定功率卻隨著內阻sR的增加而減小，這也的增加而減小，這也 放大器的額定功率增益是指放大器（或線性網絡）放大器的額定功率增益是指放大器（或線性網絡）的輸入端和輸出端分別匹配

7、（的輸入端和輸出端分別匹配（ 率增益，即率增益，即 sopHsiPGPisRR、 oLRR）時的功）時的功第7頁/共21頁線性網絡輸出端的總噪聲額定功率線性網絡輸出端的總噪聲額定功率 noP同樣應等于同樣應等于 pHniGP和線性網絡本身的噪聲在輸出端產生的額定噪聲功率和線性網絡本身的噪聲在輸出端產生的額定噪聲功率 anoP之和，即之和，即 nopHnianoPGPP，所以噪聲系數(shù)可以表示為，所以噪聲系數(shù)可以表示為 1sipHnianoninoanoFsonipHnipHnipHnoPGPPPPPNPP GP GP GP 將額定輸入噪聲功率式代入可得將額定輸入噪聲功率式代入可得 1noanoF

8、pHpHPPNkTBGkTBG 第8頁/共21頁 假如，有兩個四端網絡級聯(lián)，如圖所示。它們的噪假如，有兩個四端網絡級聯(lián)，如圖所示。它們的噪聲系數(shù)、額定功率增益、噪聲帶寬分別為聲系數(shù)、額定功率增益、噪聲帶寬分別為 根據定義，級聯(lián)網絡的總噪聲系數(shù)根據定義，級聯(lián)網絡的總噪聲系數(shù) FN為為 1 21 21 2nonoFpHnipHniPPNGPGkT B二、多級放大電路的噪聲二、多級放大電路的噪聲2B2pHG， 1B、 ，并且，并且 12BBB。 、 1FN、 2FN1pHG， 第9頁/共21頁式中，式中， noP是級聯(lián)四端網絡總輸出的額定噪聲功率。是級聯(lián)四端網絡總輸出的額定噪聲功率。 1 212pH

9、pHpHGGG是級聯(lián)網絡總的額定功率增益。是級聯(lián)網絡總的額定功率增益。 由三部由三部noP分組成：分組成： 信號源內阻信號源內阻 sR產生的噪聲經過兩級放大后在輸出端產生的噪聲經過兩級放大后在輸出端的噪聲額定功率的噪聲額定功率 12pHpHGGkTB； 第一級網絡內部噪聲第一級網絡內部噪聲 1anoP經第二級放大后在輸出端經第二級放大后在輸出端的噪聲額定功率的噪聲額定功率 21PHanoGP； 1 21 21 2nonoFpHnipHniPPNGPGkT B第10頁/共21頁第二級網絡的內部噪聲輸出端的噪聲額定功率第二級網絡的內部噪聲輸出端的噪聲額定功率 2anoP故故 noP可表示為可表示為

10、 12212nopHpHpHanoanoPGGkTBGPP由式由式 1noanoFpHpHPPNkTBGkTBG 可求得第一級、第二級可求得第一級、第二級網絡的內部噪聲網絡的內部噪聲 1anoP和和 2anoP為為 1 21 21 2nonoFpHnipHniPPNGPGkT B111(1)anoFpHPNGkTB222(1)anoFpHPNGkTB第11頁/共21頁所以所以 21 2111FFFpHNNNG對于三級電路組成的級聯(lián)網絡對于三級電路組成的級聯(lián)網絡，可將前兩級看做第一級，后面一級看做第二級，則可得到可將前兩級看做第一級，后面一級看做第二級，則可得到 1 2 3FN為為 3321 2

11、 31 211 2112111FFFFFFpHpHpHpHNNNNNNGGGG同理，對同理，對n級電路組成的網絡，總的噪聲系數(shù)為級電路組成的網絡，總的噪聲系數(shù)為 321 2111212111FFnFFnFpHpHpHpHpHpHnNNNNNGGGGGG第12頁/共21頁 若各級噪聲系數(shù)小而額定功率增益大，級聯(lián)電路的若各級噪聲系數(shù)小而額定功率增益大，級聯(lián)電路的由以上公式可得出如下結論：由以上公式可得出如下結論：FN小。但是各級噪聲對小。但是各級噪聲對 的影響是不同的的影響是不同的，F(xiàn)N總噪聲系數(shù)總噪聲系數(shù)越是靠近前面幾級的噪聲系數(shù)和額定功率增益對總的噪越是靠近前面幾級的噪聲系數(shù)和額定功率增益對總

12、的噪聲系數(shù)影響越大。因此級聯(lián)電路中最主要的是前面的第聲系數(shù)影響越大。因此級聯(lián)電路中最主要的是前面的第一、二級，最關鍵的是由第一級放大器的噪聲系數(shù)一、二級，最關鍵的是由第一級放大器的噪聲系數(shù)1FN和額和額定定功率增益功率增益 1pHG所決定。所決定。 第13頁/共21頁三、等效噪聲溫度三、等效噪聲溫度 eT 把網絡的內部噪聲折算到其輸入端時，使噪聲源把網絡的內部噪聲折算到其輸入端時，使噪聲源電阻所升高的溫度稱為等效噪聲溫度電阻所升高的溫度稱為等效噪聲溫度 。 eT由于噪聲源在網絡輸出端的額定噪聲功率由于噪聲源在網絡輸出端的額定噪聲功率為為 nipHopHP GkT BG內部噪聲在網絡輸出端的額定

13、功率為內部噪聲在網絡輸出端的額定功率為 。pHeGkT B所以網絡的噪聲系數(shù)所以網絡的噪聲系數(shù)FN可表示為可表示為 111peanoeFnipHpooG kT BPTNP GG kT BT 噪聲溫度的定義是：噪聲溫度的定義是：第14頁/共21頁所以，等效噪聲溫度為所以，等效噪聲溫度為 (1)eFoTNT290K。 式中，式中， oT是標準溫度，在一般情況下，可以認為是標準溫度，在一般情況下，可以認為 oT當當 eT0時（網絡內部無噪聲），時（網絡內部無噪聲）， FNl， (dB)FN 0dB290K。（內部噪聲等于外部噪聲）時，。（內部噪聲等于外部噪聲）時， 當當 eT2， FN(dB)FN

14、3dB。 第15頁/共21頁 在放大或其它電路中，電子器件的內部噪聲起著重在放大或其它電路中，電子器件的內部噪聲起著重要作用。因此，改進電子器件的噪聲性能和選用低噪聲要作用。因此，改進電子器件的噪聲性能和選用低噪聲的電子器件，就能大大降低電路的噪聲系數(shù)。的電子器件，就能大大降低電路的噪聲系數(shù)。 根據上面討論的結果，可提出如下減小噪根據上面討論的結果，可提出如下減小噪聲系數(shù)的措施：聲系數(shù)的措施： 一、選用低噪聲元、器件一、選用低噪聲元、器件第16頁/共21頁FN小的管子（可由手冊查得，但小的管子（可由手冊查得，但 必須是高頻工作時必須是高頻工作時的數(shù)值）。除采用晶體管外，目前還廣泛采用場效應管的

15、數(shù)值）。除采用晶體管外，目前還廣泛采用場效應管做放大器和混頻器，因為場效應管的噪聲電平低，尤其做放大器和混頻器，因為場效應管的噪聲電平低，尤其是最近發(fā)展起來的砷化鎵金屬半導體場效應管（是最近發(fā)展起來的砷化鎵金屬半導體場效應管（MESFETMESFET），它的噪聲系數(shù)可低到），它的噪聲系數(shù)可低到ldBldB。br（ bbr）和噪聲系數(shù)）和噪聲系數(shù) FN 對晶體管而言，應選用對晶體管而言，應選用 在電路中，還必須謹慎地選用其他能引起噪聲的電路元在電路中，還必須謹慎地選用其他能引起噪聲的電路元件，其中最主要的是電阻元件。宜選用結構精細的金屬件，其中最主要的是電阻元件。宜選用結構精細的金屬膜電阻。膜電

16、阻。第17頁/共21頁圖可看出，對于不同的信號源內阻圖可看出，對于不同的信號源內阻 SR，最佳的，最佳的 EQI值也不同。值也不同。 圖8.3.4 晶體管的 FN與 EQI的關系曲線 當然，當然， FN還分別與晶體還分別與晶體管的管的 CBQV和和 CEQV有關。但通常有關。但通常 CBQV和和 CEQV對對 FN的影響不大。電壓低時，的影響不大。電壓低時， 略有下降。略有下降。 FN 二、正確選擇晶體管放大級的靜態(tài)工作點二、正確選擇晶體管放大級的靜態(tài)工作點第18頁/共21頁三、選擇合適的信號源內阻三、選擇合適的信號源內阻 SR信號源內阻信號源內阻 SR變化時，也影響變化時，也影響 的大小。當

17、的大小。當 FNSR某一最佳值時，某一最佳值時， 可達到最小?？蛇_到最小。 SR 根據上面的討論，噪聲電壓都與通帶寬度有關根據上面的討論，噪聲電壓都與通帶寬度有關。接收機或放大器的帶寬增大時，接收機或放大器的。接收機或放大器的帶寬增大時，接收機或放大器的各種內部噪聲也增大。因此，必須嚴格選擇接收機或各種內部噪聲也增大。因此，必須嚴格選擇接收機或放大器的帶寬，使之既不過窄，以能滿足信號通過時放大器的帶寬，使之既不過窄，以能滿足信號通過時對失真的要求，又不致過寬，以免信噪比下降。對失真的要求，又不致過寬，以免信噪比下降。 四、選擇合適的工作帶寬四、選擇合適的工作帶寬第19頁/共21頁 熱噪聲是內部噪聲的主要來源之一，所以