8.3信噪比和噪聲系數(shù)

8.3.1信噪比信噪比：衡量一個(gè)信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的指標(biāo)。它是在指定頻帶內(nèi)，同一端口信號(hào)功率和噪聲功率的比值，即當(dāng)用分貝表示信噪比時(shí)，有信噪比越大，信號(hào)質(zhì)量越好。8.32021/10/10星期日18.3.2噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)定義：線性四端網(wǎng)絡(luò)輸入端的信噪比與輸出端的信噪比之比值。是信號(hào)源電壓，是信號(hào)源內(nèi)阻的等效噪聲源電壓；是負(fù)載。8.3.2是信號(hào)源內(nèi)阻，線件四端網(wǎng)絡(luò)如圖8.3.1所示，圖中一、噪聲系數(shù)2021/10/10星期日2設(shè)輸入端的信號(hào)功率為，由信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲功率為，而網(wǎng)絡(luò)的輸出端負(fù)載上所得到的信號(hào)、功率和噪聲功率分別為，噪聲系數(shù)定義為或用dB表示為2021/10/10星期日3噪聲系數(shù)通常只適用線性網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榉蔷€性電路會(huì)產(chǎn)生信號(hào)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。則噪聲系數(shù)可以改寫為式中，為信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)后在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率；8.3.2若設(shè)線性網(wǎng)絡(luò)的功率增益2021/10/10星期日4而線性網(wǎng)絡(luò)輸出端的總噪聲功率應(yīng)等于和線性網(wǎng)絡(luò)本身的噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率之和，即顯然，，故線性網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)總是大于1。為了更清楚地了解網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的噪聲，對(duì)信噪比的影響，噪聲系數(shù)又可表示為2021/10/10星期日5（1）當(dāng)線性網(wǎng)絡(luò)本身不產(chǎn)生噪聲，即時(shí)，，故為無(wú)噪聲的理性網(wǎng)絡(luò)。（2）線性網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的噪聲越大，噪聲系數(shù)越大。（3）線性網(wǎng)絡(luò)的功率增益越大，噪聲系數(shù)越小。8.3.2由上式可以得出下述結(jié)論：這說(shuō)明為了降低網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)應(yīng)設(shè)法增大線性網(wǎng)絡(luò)的功率增益。2021/10/10星期日6為了使信號(hào)源有最大輸出功率，對(duì)于圖8.3.2所示的網(wǎng)絡(luò)，必須使放大器的輸入電阻與信號(hào)源內(nèi)阻相匹因而額定輸入信號(hào)功率為額定輸入噪聲功率8.3.2

為了計(jì)算和測(cè)量的方便，噪聲系數(shù)也可以用額定功率（RatedPower）和額定功率增益的關(guān)系來(lái)定義。所謂的額定功率是指信號(hào)源所能輸出的最大功率。配，也即應(yīng)使。2021/10/10星期日7由上兩式知，不管信號(hào)源內(nèi)阻如何，它產(chǎn)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T和系統(tǒng)帶寬B有關(guān)。是為什么接收機(jī)采用低內(nèi)阻天線的原因。而信號(hào)源額定功率卻隨著內(nèi)阻的增加而減小，這也放大器的額定功率增益是指放大器（或線性網(wǎng)絡(luò)）的輸入端和輸出端分別匹配（率增益，即、）時(shí)的功2021/10/10星期日8線性網(wǎng)絡(luò)輸出端的總噪聲額定功率同樣應(yīng)等于和線性網(wǎng)絡(luò)本身的噪聲在輸出端產(chǎn)生的額定噪聲功率之和，即，所以噪聲系數(shù)可以表示為8.3.2將額定輸入噪聲功率式代入可得2021/10/10星期日9假如，有兩個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，如圖8.3.3所示。它們的噪聲系數(shù)、額定功率增益、噪聲帶寬分別為根據(jù)定義，級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總噪聲系數(shù)為8.3.2二、多級(jí)放大電路的噪聲，、，并且。、、，2021/10/10星期日10式中，是級(jí)聯(lián)四端網(wǎng)絡(luò)總輸出的額定噪聲功率。是級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總的額定功率增益。由三部分組成：①信號(hào)源內(nèi)阻產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大后在輸出端的噪聲額定功率；②第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲經(jīng)第二級(jí)放大后在輸出端的噪聲額定功率；8.3.22021/10/10星期日11③第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲輸出端的噪聲額定功率故可表示為由式可求得第一級(jí)、第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲和為8.3.22021/10/10星期日12所以對(duì)于三級(jí)電路組成的級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可將前兩級(jí)看做第一級(jí)，后面一級(jí)看做第二級(jí)，則可得到為同理，對(duì)n級(jí)電路組成的網(wǎng)絡(luò)，總的噪聲系數(shù)為8.3.22021/10/10星期日13若各級(jí)噪聲系數(shù)小而額定功率增益大，級(jí)聯(lián)電路的由以上公式可得出如下結(jié)論：8.3.2小。但是各級(jí)噪聲對(duì)的影響是不同的，總噪聲系數(shù)越是靠近前面幾級(jí)的噪聲系數(shù)和額定功率增益對(duì)總的噪聲系數(shù)影響越大。因此級(jí)聯(lián)電路中最主要的是前面的第一、二級(jí)，最關(guān)鍵的是由第一級(jí)放大器的噪聲系數(shù)和額定功率增益所決定。2021/10/10星期日14三、等效噪聲溫度

把網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲折算到其輸入端時(shí)，使噪聲源電阻所升高的溫度稱為等效噪聲溫度。由于噪聲源在網(wǎng)絡(luò)輸出端的額定噪聲功率為內(nèi)部噪聲在網(wǎng)絡(luò)輸出端的額定功率為。所以網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)可表示為8.3.2噪聲溫度的定義是：2021/10/10星期日15所以，等效噪聲溫度為＝290K。式中，是標(biāo)準(zhǔn)溫度，在一般情況下，可以認(rèn)為當(dāng)＝0時(shí)（網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無(wú)噪聲），＝l，＝＝290K。（內(nèi)部噪聲等于外部噪聲）時(shí)，當(dāng)＝2，＝。8.3.22021/10/10星期日168.3.3減小噪聲系數(shù)的措施

在放大或其它電路中，電子器件的內(nèi)部噪聲起著重要作用。因此，改進(jìn)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)。根據(jù)上面討論的結(jié)果，可提出如下減小噪聲系數(shù)的措施：

一、選用低噪聲元、器件2021/10/10星期日17小的管子（可由手冊(cè)查得，但必須是高頻工作時(shí)的數(shù)值）。除采用晶體管外，目前還廣泛采用場(chǎng)效應(yīng)管做放大器和混頻器，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的噪聲電平低，尤其是最近發(fā)展起來(lái)的砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MESFET），它的噪聲系數(shù)可低到0.5～ldB。8.3.3（）和噪聲系數(shù)

對(duì)晶體管而言，應(yīng)選用

在電路中，還必須謹(jǐn)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(jié)構(gòu)精細(xì)的金屬膜電阻。2021/10/10星期日18圖8.3.4可看出，對(duì)于不同的信號(hào)源內(nèi)阻，最佳的值也不同。圖8.3.4晶體管的

與

的關(guān)系曲線

當(dāng)然，還分別與晶體管的和有關(guān)。但通常和對(duì)的影響不大。電壓低時(shí)，略有下降。8.3.3

二、正確選擇晶體管放大級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)2021/10/10星期日19三、選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻

信號(hào)源內(nèi)阻變化時(shí)，也影響的大小。當(dāng)某一最佳值時(shí)，可達(dá)到最小。根據(jù)上面的討論，噪聲電壓都與通帶寬度有關(guān)。接收機(jī)或放大器的帶寬增大時(shí)，接收機(jī)或放大器的各種內(nèi)部噪聲也增大。因此，必須嚴(yán)格選擇接收機(jī)或放大器的帶寬，使之既不過(guò)窄，以能滿足信號(hào)通過(guò)時(shí)對(duì)失真的要求，又不致過(guò)寬，以免信噪比下降。8.3.3四、選擇合適的工作帶寬2021/10/10星期日20熱噪聲是內(nèi)部噪聲的主要來(lái)源之一，所