电子测量技术基础-第9章.ppt

则放大器的等效输入噪声电压Uni引定义为 (9.3-2) 式中输出噪声电压 Uno包含了Rs的热噪声和放大器 内部器件所产生的噪声。 图9.3—1 图9．3—2 测量Uni的原理框图 测量Uni的原理框图如图9．3-2所示，图中 为正弦信号源，其输出电阻与一个电阻串联后的阻值应等于放大器实际工作时的信号源内阻Rs.用有效值电压表测量信号源开路时的电压Us和放大器输出的正弦电压Uso ，则按式(9．3-1)可计算出Ko 。顺便指出，Kt不同于放大器电压增益Kv， Kv旷应为放大器输出的正弦电压Uso与输入端的正弦电压Ui之比，即 (9.3-3) 也可以用噪声发生器代替正弦信号源进行测量。测量时先不接噪声发生器，在放大器输入端仅接Rs，测得放大器输出噪声电压的有效值Un1 。根据Uni引的定义，得 (9.3-4) (9.3-5) (9.3-6) (9.3-7) 二、等效噪声电阻及其测量 放大器产生的噪声可以等效为一个接在输入端并处在标准室温 时的电阻所产生，而放大器本身不再产生噪声，这个电阻称为等效噪声电阻Rn，如图9．3—3所示。由于电阻产生的热噪声电压有效值为 ，故根据定义，等效噪声电阻只，产生的热噪声电压有效值为 (9.3-8) 式中K为玻耳兹曼常数，Beq为等效噪声带宽，其定义将在下面介绍。设放大器的电压增益为KV，那么放大器输出端的噪声电压为 (9.3-9) (9.3-10) 图9．3—3 噪声等效电阻Rx 图9.3—4 测量等效噪声电阻的原理框图 由式(9．3—9)和(9．3—10)解得 由此可见，放大器的等效噪声电阻Rs等于使放大器输出噪声电压增加到 倍时可调电阻的值R0 。若用功率计进行测量，那么应使第二次读数比第一次增大一倍。 (9.3-11) 三、等效噪声带宽及其测量 当一宽带白噪声通过带宽有限的放大器时，噪声的频谱宽度将减小。由于放大器的带宽定义为增益下降到最大值的上 时所对应的频带宽度。对于白噪声而言，略高于或低于截止频率的频谱分量仍能得以放大，所以经放大后的噪声，其带宽将大于放大器的带宽。为此引入等效噪声带宽Beq。 等效噪声带宽Beq定义为一个矩形功率增益曲线的频带宽度，该矩形功率增益曲线下的面积等于实际功率增益曲线下的面积，如图9．3—5所示。图中实线为放大器的实际功率增益曲线G(f)，G0为中间频率的功率增益。虚线构成的矩形面积等于G(f)曲线下的面积， Beq就是等效噪声带宽。图中fc是放大器的截止频率，即G(f)降低到G(0)／2时的频率，放大器的带宽为(0～ fc)。由此可知，等效噪声带宽可表示为 (9.3-12) 由于功率增益G(f)正比于放大器的电压增益 KV(f)的平方，故式(9．3—12)也可表示为 (9.3-13) 图9.3—5 等效噪声带宽的定义 图9.3—6 等效噪声带宽的计算 等效噪声带宽Beg可以通过测量求得。首先测量放大器在不同频率下的电压增益 ，在方格纸上画出 曲线，如图9．3—6所示。然后把 曲线下的面积分成很多矩形和三角形，计算每一块面积并相加得总面积居，根据式(9．3—13)，等效噪声带宽为 (9.3-14) 四、噪声系数及其测量 噪声系数有多种表示方法，目前用得最广泛的是用信／噪比来计算的噪声系数。在如图9．3—7所示的放大器电路中， 和 Rs分别为信号源电压相量和内阻，RL为负载电 阻。该放大器的噪声系数定义为：在标准温度290o K时，放大器的输入信噪比与输出信噪比的比值， 即 (9.3-15) 图9.3—7 令G为放大器的功率增益，即 ，则式(9．3—15)可改写为 (9.3-16) 上式中GNi表示信号源内阻Rs的热噪声功率传至输出端的功率，令 包括了GNi和放大器内部器件产生的输出噪声功率Nn，即 (9.3-17) 这样式(9．3-16)可改写为 (9.