微弱信号检测学 第2章 放大器的噪声与屏蔽接地技术

B位置时，调节NG的大小，使rms表
的读数为 2VN ，这时NG的输出即为
源电阻Rs的热噪声与放大器噪声折合
到放大器输入端的 VN,outin 值。根据
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
二、噪声因子（NF）
2．放大器NF值的测量
NF 20lg
V N ,outin 1
(4kTRS f ) 2
FV
VN ,out GVN ,in
（2-3）
式等（于2输-3入）有说效明噪，声除电FV压=1的的G情倍况。外，输出的有效噪声电压一般不
二、噪声因子（NF）
1．噪声因子（NF）的定义
噪声因子（NF）定义为
NF 10lg FP 20lg FV
（2-4）
系数。FP噪表声示因用子功N率F测单定位的为噪分声贝系。数当；NFFV=表0分示贝用时电压，测是定为的无噪噪声声 放大器；噪声因子NF越大，放大器的噪声性能越糟。
第2章 放大器的噪声与屏蔽接 地技术
第2章 放大器的噪声与屏蔽接地技术
电子技术的发展，使目前大量信息的测量，最终都 转换成电信号的测量。因被测信号一般较弱，几乎各种 测量系统都具有电子放大器。对于弱信号测量，放大器、 尤其是前置放大器噪声的大小，将是十分重要的，会影 响测量的成败。 本章主要内容： 2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量 2-2 低噪声前置放大器 2-3 低噪声放大器匹配网络与变压器特性 2-4 屏蔽、接地与布线
二、噪声因子（NF）
1．噪声因子（NF）的定义
注频意率：有式关中，V故N、NFI是N为随放频大率器变单化位的频。率上间式隔也内表的明噪，声N，F与实信际号常与源 内阻RS有关。因此，放大器与不同频率、不同内阻信号源连接
使用时，会具有不同的噪声性能。
若令
(4kTRS
VN2
I
2 N
RS2
)
1 2
(f
1
)2
噪声系数: 表示一个有内部噪声源的放大器在信号传递 时使信噪比恶化的程度，是用来衡量放大器噪声性能好坏的 一个常用指标，无论在通信、雷达及信号检测系统中均占有
重要地位。放大器的噪声系数定义为：
F 1 SNRin SNIR SNRout
（2-1）
2-1 噪声系、噪声因子和其它噪声度量参量
一、噪声系数（F） 注意：（1）无内部噪声源的放大器，F=1； （2）有内部噪声源的放大器，则F>1，且F越大，放大器 的噪声越严重，从而使该放大器对所传递的信号的信噪比恶化 程度越严重。 设K为系统的功率增益，则有
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
二、噪声因子（NF）
1．噪声因子（NF）的定义
简化：假设信号源中无
噪声，只考虑源电阻RS的噪 声，其热噪声电压为
1
(4kTRS f ) 2，
图中RS是无噪声电阻；电压增益为A的实际的放大器可等效为一 个电压增益为A无噪声的放大器和一个等效噪声电压源VN及一个
2 N
RS2
]
2
A(f
)2
[4kTRS
VN2
I
2 N
RS2
]
2
(f
)2
输入端的信噪比为
（2-6）
SNRin
ES
1
(4kTRS f ) 2
噪声因子NF为
NF
20lg(1 VN2
I
2 N
RS2
1
)2
10lg(1 VN2
I
2 N
RS2
)
4kTRS
4kTRS
（2-7） （2-8）
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
，为输出端折算到输入端的噪声
VN
,out in
则有
1
NF
VN ,outin (4kTRS f ) 2 10 20
（2-9）
或
NF 20lg
V N ,outin 1
(4kTRS f ) 2
（2-10）
上式表明，VN,outin 可从测得的NF值求得，而不必具体求VN与IN。
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
③要有一组适合于各个连续频率（或间隔很小的跳点频率）的BPF， 且BPF的带宽需要预先测定。
这些，都是实际测量NF时的必要条件，但常常不易得到满足。
等效噪声电流源IN。由图2-1可写出输出端的总噪声电压，即
1
1
VN ,out
[4kTRS
VN2
I
2 N
RS2
]
2
A(f
)2
（2-5）
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
二、噪声因子（NF）
1．噪声因子（NF）的定义 输出端的信噪比为
SNRout
AES
1
1
ES
1
1
[4kTRS
VN2
I
二、噪声因子（NF）
2．放大器NF值的测量
NF值的测量方法有： （1）最简单的放大器NF值的测量方法：是将输入端短路，测量
输出电压的有效值。缺点：此方法丢失了信号源RS的影响，因
此所测噪声不够真实。
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
二、噪声因子（NF）
2．放大器NF值的测量
（2）噪声发生器法：用噪声发生器测量噪声的方法。NG是一声
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
一、噪声系数（F）
一个放大器的噪声性能好坏，不仅是看内部噪声源的大 小及性质，更主要的是看在信号传递及放大过程中对信噪比 （SNR）的恶化程度。也就是，从微弱信号检测角度来看， 更关心放大器的噪声引起SNR的降低程度。因此，引入放大
器的噪声系数这个十分重要的指标。
发生器，Rg是NG的阻抗，Rs是源电阻。根据不同的Rs测量各NF值。
开关K有两个位置：A和B。A接地，B接NG的输出。被测放大器后
续一个带通滤波器（BPF），其目的是改变BPF的中心频率f0，以 测量NF随f0的变化。rms表用以测量结果。 当K处于A位置时，选择固定Rs 和f0，rms表有一读数VN；将K拨至
PS ,in
FP
PN ,in PS ,out
PN ,out
PN ,out
PS ,out PS ,in
PN ,in
PN ,out KPN ,in
（2-2）
式（2-2）说明，除FP=1的情况外，输出的噪声功率一般不等于 输入噪声功率的K倍。
2-1 噪声系数、噪声因子和其它噪声度量参量
一、噪声系数（F） 设G为系统的电压增益，则有
（2-10）
即可计算出器NF值。注意，此时的BPF的带宽为已知值。这样， 改变Rs和f0，可获得一系列的NF测量数据。
噪声发生器法是根据噪声的不相干原理，采用与测量输入阻
抗相类似的叠加法，因而比较简单。但在实际测量中，有一些困 难：
①NG需要有较宽的频率范围，使之能与放大器的工作频率相适应；
②NG需要精确定标，因为真正的被测值是从NG读出的刻度；