噪声系数分析仪

《计量学名词》第一版。 2100433B

用于测量放大器、混频器以及接收机等线性和准线性网络噪声系数的仪器。

由于放大器本身有噪声，输出端的信噪比和输入端信噪比是不一样的，为此，使用噪声系数来衡量放大器本身的噪声水平。该系数表征放大器的噪声性能恶化程度的一个参量，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，反映了器件或者信道特性的不理想。

在一些部件和系统中，噪声对它们性能的影响主要表现于信号与噪声的相对大小，即信号噪声功率比上。就以收音机和电视机来说，若输出端的信噪比越大，声音就越清楚，图像就越清晰。因此，希望有这样的电路和系统：当有用信号和输入端的噪声通过它们时，此系统不引入附加的噪声。这意味着输出端与输入端具有相同的信噪比。实际上，由于电路或系统内部总有附加噪声，信噪比不可能不变。我们希望输出端信噪比的下降应尽可能小。

噪声系数F表征二端口网络对信噪比影响的情况。对于一个无噪声的理想放大器，F=1；而对于具有内部噪声源的实际放大器，F>1。F越大，说明放大器内部噪声越严重，放大器导致的信噪比恶化程度越严重。

设由源电阻R_S的噪声经无噪声二端口放大后的输出噪声功率为P_RS，见图3-19；实际二端口输入端连接到一个无噪声的电阻R_S时的输出噪声功率为P_TP，P_TP纯属二端口的噪声贡献。则式可表示为

由上式可见，如果人为地增加信号源的电阻，则其热噪声增加，P_RS也会增加，噪声系数会降低，尽管输出噪声功率已增加。这说明，噪声系数只是提供了由二端口产生的噪声和信号源噪声之间的比较，而不是对二端口噪声的绝对估计值。

此外，噪声系数还具有下列特点：

(1)此参数不包括负载对输出噪声的贡献。

(2)噪声系数密切依赖于信号源的内阻。

(3)无噪声二端口的噪声系数为1。

(4)一个含噪声二端口总是会将其自身噪声添加到信号源的噪声，这种贡献可用(F-1)来估计。换言之，噪声系数总大于1。

(5)如果没有信号源内部阻抗的信息，噪声系数的概念是没有意义的。

(6)相对于S/N，噪声系数更便利于测量和计算，因为没有必要知道信号的振幅。此外，由噪声系数的表达式可推导m信号源电阻的最优值，而对于S/N，信号源电阻最优值是零。

上述结论说明，为什么许多人仍然认为降低噪声系数是低噪声设计的主要目标，尽管有证据表明，在任何通信链路或传感器一放大器系统中，更为重要的是信噪比S/N而不是噪声系数。

噪声系数的定义涉及下列几个限制：

(1)如果信号源的内部阻抗是纯电抗，它无噪声，由此导致噪声系数变为无穷大。

(2)当二端口添加的噪声与源噪声相比可忽略时，噪声系数是两个几乎相等的量的比值。这可能会导致不可接受的误差。

(3)噪声系数的值取决于信号频率、偏压、温度以及信号源阻抗。如果这些条件不同．比较两个噪声系数是毫无意义的。

(4)噪声系数被定义在标准参考温度(290K)，只有使用相同的参考温度，它才是有意义的。因此，它不像噪声温度那么通用，噪声温度只要求噪声功率必须是已知的，而对温度没有任何限制。

此外，噪声系数只适用于线性电路，对于非线性电路，即使电路内部没有任何噪声源，其输出端的信噪比也与输入端不同，噪声系数的概念不再适用。

公式表示为：噪声系数N_F=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。

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）来表示。

放大电路不仅把输入端的噪声放大，而且放大电路本身也存在噪声。所以，其输出端的信噪比必小于输入端信噪比。在放大器中，内部噪声与外部噪声愈小愈好。放大电路本身噪声越大，它的输出端信噪比越小于输入端信噪比，N_F就越大。

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）。