《信噪比和噪声系数》PPT课件.ppt

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1、8.3 8.3 信噪比和噪声系数信噪比和噪声系数 8.3.1 8.3.1 信噪比信噪比 信噪比：衡量一个信号信噪比：衡量一个信号质量量优劣的指劣的指标。它是在指定。它是在指定频带内，同一端口信号功率内，同一端口信号功率 和噪声功率和噪声功率 的比的比值，即，即 当用分当用分贝表示信噪比表示信噪比时，有，有 信噪比越大，信号信噪比越大，信号质量越好。量越好。8.3.2 8.3.2 噪声系数噪声系数 噪声系数定噪声系数定义：线性四端网性四端网络输入端的信噪比与入端的信噪比与输出端的信噪比之比出端的信噪比之比值。是信号源是信号源电压，是信号源内阻是信号源内阻 的等效噪声源的等效噪声源电压；是是负载。

2、是信号源内阻，是信号源内阻，线件四端网件四端网络如如图 8.3.1 8.3.1所示，所示，图中中一、噪声系数一、噪声系数设输入端的信号功率入端的信号功率为，由信号源内阻，由信号源内阻产生的生的噪声功率噪声功率为，而网，而网络的的输出端出端负载上所得到的信号上所得到的信号、功率和噪声功率分功率和噪声功率分别为，噪声系数定，噪声系数定义为 或用或用dB表示表示为 噪声系数通常只适用噪声系数通常只适用线性网性网络，因，因为非非线性性电路会路会产生信号和噪声的生信号和噪声的频率率变换，噪声系数不能反映系，噪声系数不能反映系统的附的附加噪声性能。加噪声性能。则噪声系数可以改写噪声系数可以改写为 式中，式

3、中，为信号源内阻信号源内阻 产生的噪声生的噪声经过线性网性网络后后在在输出端出端产生的噪声功率；生的噪声功率；若若设线性网性网络的功率增益的功率增益而而线性网性网络输出端的出端的总噪声功率噪声功率应等于等于 和和线性网性网络本身的噪声在本身的噪声在输出端出端产生的噪声功率生的噪声功率之和，即之和，即 显然，然，故，故线性网性网络的噪声系数的噪声系数 总是大于是大于1。为了更清楚地了解网了更清楚地了解网络产生的噪声，生的噪声，对信噪比的影信噪比的影响，噪声系数又可表示响，噪声系数又可表示为（1）当当线性网性网络本身不本身不产生噪声，即生噪声，即 时，故，故为无噪声的理性网无噪声的理性网络。（2）

4、线性网性网络本身本身产生的噪声生的噪声 越大，噪声系数越大，噪声系数 越大。越大。（3）线性网性网络的功率增益的功率增益 越大，噪声系数越大，噪声系数 越小。越小。由上式可以得出下述由上式可以得出下述结论：这说明明为了了降低网降低网络的噪声系数的噪声系数应设法增大法增大线性网性网络的功率增益。的功率增益。为了使信号源有最大了使信号源有最大输出功率，出功率，对于于图所示的网所示的网络，必必须使放大器的使放大器的输入入电阻阻 与信号源内阻与信号源内阻 相匹相匹因而因而额定定输入信号功率入信号功率为 额定定输入噪声功率入噪声功率 为了了计算和算和测量的方便，噪声系数也可以用量的方便，噪声系数也可以用

5、额定功定功率（率（Rated PowerRated Power）和）和额定功率增益的关系来定定功率增益的关系来定义。所所谓的的额定功率是指信号源所能定功率是指信号源所能输出的最大功率。出的最大功率。配，也即配，也即应使使。由上两式知，不管信号源内阻如何，它由上两式知，不管信号源内阻如何，它产生的生的额定定噪声功率是相同的，其大小只与噪声功率是相同的，其大小只与电阻所阻所处的的环境温度境温度T和和系系统带宽B B有关。有关。是是为什么接收机采用低内阻天什么接收机采用低内阻天线的原因。的原因。而信号源而信号源额定功率却随着内阻定功率却随着内阻的增加而减小，的增加而减小，这也也 放大器的放大器的额定

6、功率增益是指放大器（或定功率增益是指放大器（或线性网性网络）的的输入端和入端和输出端分出端分别匹配（匹配（率增益，即率增益，即、）时的功的功线性网性网络输出端的出端的总噪声噪声额定功率定功率 同同样应等于等于 和和线性网性网络本身的噪声在本身的噪声在输出端出端产生的生的额定噪声功率定噪声功率 之和，即之和，即，所以噪声系数可以表示，所以噪声系数可以表示为 将将额定定输入噪声功率式代入可得入噪声功率式代入可得 假如，有两个四端网假如，有两个四端网络级联，如，如图所示。它所示。它们的噪的噪声系数、声系数、额定功率增益、噪声定功率增益、噪声带宽分分别为 根据定根据定义，级联网网络的的总噪声系数噪声系

7、数 为 二、多二、多级放大放大电路的噪声路的噪声，、，并且，并且。、，式中，式中，是是级联四端网四端网络总输出的出的额定噪声功率。定噪声功率。是是级联网网络总的的额定功率增益。定功率增益。由三部由三部分分组成：成：信号源内阻信号源内阻 产生的噪声生的噪声经过两两级放大后在放大后在输出端出端的噪声的噪声额定功率定功率；第一第一级网网络内部噪声内部噪声 经第二第二级放大后在放大后在输出端出端的噪声的噪声额定功率定功率；第二第二级网网络的内部噪声的内部噪声输出端的噪声出端的噪声额定功率定功率 故故 可表示可表示为 由式由式 可求得第一可求得第一级、第二、第二级网网络的内部噪声的内部噪声 和和 为 所

8、以所以 对于三于三级电路路组成的成的级联网网络，可将前两可将前两级看做第一看做第一级，后面一，后面一级看做第二看做第二级，则可得到可得到 为 同理，同理，对n级电路路组成的网成的网络，总的噪声系数的噪声系数为 若各若各级噪声系数小而噪声系数小而额定功率增益大，定功率增益大，级联电路的路的由以上公式可得出如下由以上公式可得出如下结论：小。但是各小。但是各级噪声噪声对 的影响是不同的，的影响是不同的，总噪声系数噪声系数越是靠近前面几越是靠近前面几级的噪声系数和的噪声系数和额定功率增益定功率增益对总的噪的噪声系数影响越大。因此声系数影响越大。因此级联电路中最主要的是前面的第路中最主要的是前面的第一、

9、二一、二级，最关，最关键的是由第一的是由第一级放大器的噪声系数放大器的噪声系数和和额定定功率增益功率增益 所决定。所决定。三、等效噪声温度三、等效噪声温度 把网把网络的内部噪声折算到其的内部噪声折算到其输入端入端时，使噪声源，使噪声源电阻所升高的温度称阻所升高的温度称为等效噪声温度等效噪声温度 。由于噪声源在网由于噪声源在网络输出端的出端的额定噪声功率定噪声功率为 内部噪声在网内部噪声在网络输出端的出端的额定功率定功率为 。所以网所以网络的噪声系数的噪声系数可表示可表示为 噪声温度的定噪声温度的定义是：是：所以，等效噪声温度所以，等效噪声温度为 290K。式中，式中，是是标准温度，在一般情况下

10、，可以准温度，在一般情况下，可以认为 当当 0时（网（网络内部无噪声），内部无噪声），l，290K。（内部噪声等于外部噪声）。（内部噪声等于外部噪声）时，当当 2，。8.3.3 减小噪声系数的措施减小噪声系数的措施 在放大或其它在放大或其它电路中，路中，电子器件的内部噪声起着重子器件的内部噪声起着重要作用。因此，改要作用。因此，改进电子器件的噪声性能和子器件的噪声性能和选用低噪声用低噪声的的电子器件，就能大大降低子器件，就能大大降低电路的噪声系数。路的噪声系数。根据上面根据上面讨论的的结果，可提出如下减小噪果，可提出如下减小噪声系数的措施：声系数的措施：一、一、选用低噪声元、器件用低噪声元、器

11、件小的管子（可由手册小的管子（可由手册查得，但得，但 必必须是高是高频工作工作时的数的数值）。除采用晶体管外，目前）。除采用晶体管外，目前还广泛采用广泛采用场效效应管管做放大器和混做放大器和混频器，因器，因为场效效应管的噪声管的噪声电平低，尤其平低，尤其是最近是最近发展起来的砷化展起来的砷化镓金属半金属半导体体场效效应管管（MESFETMESFET），它的噪声系数可低到），它的噪声系数可低到ldBldB。（）和噪声系数）和噪声系数 对晶体管而言，晶体管而言，应选用用 在在电路中，路中，还必必须谨慎地慎地选用其他能引起噪声的用其他能引起噪声的电路元件，其中最主要的是路元件，其中最主要的是电阻元件

12、。宜阻元件。宜选用用结构精构精细的的金属膜金属膜电阻。阻。图可看出，可看出，对于不同的信号源内阻于不同的信号源内阻，最佳的，最佳的 值也不同。也不同。图8.3.4 晶体管的 与 的关系曲线 当然，当然，还分分别与晶体与晶体管的管的 和和 有关。但通常有关。但通常 和和 对 的影响不大。的影响不大。电压低低时，略有下降。略有下降。二、正确二、正确选择晶体管放大晶体管放大级的静的静态工作点工作点三、三、选择合适的信号源内阻合适的信号源内阻 信号源内阻信号源内阻 变化化时，也影响，也影响 的大小。当的大小。当 某一最佳某一最佳值时，可达到最小。可达到最小。根据上面的根据上面的讨论，噪声，噪声电压都与

13、通都与通带宽度有关。度有关。接收机或放大器的接收机或放大器的带宽增大增大时，接收机或放大器的各，接收机或放大器的各种内部噪声也增大。因此，必种内部噪声也增大。因此，必须严格格选择接收机或放接收机或放大器的大器的带宽，使之既不，使之既不过窄，以能窄，以能满足信号通足信号通过时对失真的要求，又不致失真的要求，又不致过宽，以免信噪比下降。，以免信噪比下降。四、四、选择合适的工作合适的工作带宽 热噪声是内部噪声的主要来源之一，所以降低放噪声是内部噪声的主要来源之一，所以降低放大器、特大器、特别是接收机前端主要器件的工作温度，是接收机前端主要器件的工作温度，对减减小噪声系数是有意小噪声系数是有意义的。的。对灵敏度要求特灵敏度要求特别高的高的设备来来说，降低噪声温度是一个重要措施。，降低噪声温度是一个重要措施。共共发一共基一共基级联的放大器、共源的放大器、共源 一共一共栅级联的放大器都是的放大器都是优良的高良的高稳定和低噪声定和低噪声电路。路。五、五、选用合适的放大用合适的放大电路路六、六、热噪声噪声