簡介
由于放大器本身有噪聲,輸出端的信噪比和輸入端信噪比是不一樣的,為此,使用噪聲系數來衡量放大器本身的噪聲水平。該系數表征放大器的噪聲性能惡化程度的一個參量,并不是越大越好,它的值越大,說明在傳輸過程中摻入的噪聲也就越大,反映了器件或者信道特性的不理想。
在一些部件和系統中,噪聲對它們性能的影響主要表現于信号與噪聲的相對大小,即信号噪聲功率比上。就以收音機和電視機來說,若輸出端的信噪比越大,聲音就越清楚,圖像就越清晰。因此,希望有這樣的電路和系統:當有用信号和輸入端的噪聲通過它們時,此系統不引入附加的噪聲。這意味着輸出端與輸入端具有相同的信噪比。實際上,由于電路或系統内部總有附加噪聲,信噪比不可能不變。我們希望輸出端信噪比的下降應盡可能小。
指标
公式表示為:噪聲系數NF=輸入端信噪比/輸出端信噪比,單位常用“dB”。
在放大器的噪聲系數比較低的情況下,通常放大器的噪聲系數用噪聲溫度(T)來表示。
放大電路不僅把輸入端的噪聲放大,而且放大電路本身也存在噪聲。所以,其輸出端的信噪比必小于輸入端信噪比。在放大器中,内部噪聲與外部噪聲愈小愈好。放大電路本身噪聲越大,它的輸出端信噪比越小于輸入端信噪比,NF就越大。
噪聲系數與噪聲溫度的關系為:T=(NF-1)T0或NF=T/T0+1其中:T0-絕對溫度(290K)。
特點
噪聲系數F表征二端口網絡對信噪比影響的情況。對于一個無噪聲的理想放大器,F=1;而對于具有内部噪聲源的實際放大器,F>1。F越大,說明放大器内部噪聲越嚴重,放大器導緻的信噪比惡化程度越嚴重。
此外,噪聲系數還具有下列特點:
(1)此參數不包括負載對輸出噪聲的貢獻。
(2)噪聲系數密切依賴于信号源的内阻。n
(3)無噪聲二端口的噪聲系數為1。n
(4)一個含噪聲二端口總是會将其自身噪聲添加到信号源的噪聲,這種貢獻可用(F-1)來估計。換言之,噪聲系數總大于1。n
(5)如果沒有信号源内部阻抗的信息,噪聲系數的概念是沒有意義的。n
(6)相對于S/N,噪聲系數更便利于測量和計算,因為沒有必要知道信号的振幅。此外,由噪聲系數的表達式可推導m信号源電阻的最優值,而對于S/N,信号源電阻最優值是零。n
上述結論說明,為什麼許多人仍然認為降低噪聲系數是低噪聲設計的主要目标,盡管有證據表明,在任何通信鍊路或傳感器一放大器系統中,更為重要的是信噪比S/N而不是噪聲系數。n
噪聲系數的定義涉及下列幾個限制:n
(1)如果信号源的内部阻抗是純電抗,它無噪聲,由此導緻噪聲系數變為無窮大。n
(2)當二端口添加的噪聲與源噪聲相比可忽略時,噪聲系數是兩個幾乎相等的量的比值。這可能會導緻不可接受的誤差。n
(3)噪聲系數的值取決于信号頻率、偏壓、溫度以及信号源阻抗。如果這些條件不同.比較兩個噪聲系數是毫無意義的。n
(4)噪聲系數被定義在标準參考溫度(290K),隻有使用相同的參考溫度,它才是有意義的。因此,它不像噪聲溫度那麼通用,噪聲溫度隻要求噪聲功率必須是已知的,而對溫度沒有任何限制。n
此外,噪聲系數隻适用于線性電路,對于非線性電路,即使電路内部沒有任何噪聲源,其輸出端的信噪比也與輸入端不同,噪聲系數的概念不再适用。