低噪聲放大器,低噪聲放大器是什么意思

低噪聲放大器,低噪聲放大器是什么意思

噪聲系數(shù)很低的放大器。

一般用作各類無線電接收機的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。
　　在放大微弱信號的場合，放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù)F（見放大）來表示

或用取對數(shù)值的噪聲系數(shù)FN表示

FN＝10lgF (dB)

　　理想放大器的噪聲系數(shù)F＝1(0分貝),其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比。設(shè)計良好的低噪聲放大器的FN可達(dá)3分貝以下。在噪聲系數(shù)很低的場合,通常也用噪聲溫度Te作為放大器噪聲性能的量度：Te＝T0(F-1)。式中T0為室溫。在這里,它和噪聲溫度Te的單位都是開爾文(K)。
　　多級放大器的噪聲系數(shù) F主要取決于它的前置級。若F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n依次為各級放大器的噪聲系數(shù)，則

式中A1,…,An-1依次為各級放大器的功率增益。前置級的增益A1越大,則其后各級放大器對總噪聲系數(shù)F的影響越小。
　　單級放大器的噪聲系數(shù)主要取決于所用的有源器件及其工作狀態(tài)。現(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應(yīng)晶體管；微波低噪聲放大器則采用變?nèi)?a target="_blank">二極管參量放大器，常溫參放的噪聲溫度Tθ可低于幾十度（絕對溫度）,致冷參量放大器可達(dá)20K以下。砷化鎵場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2分貝。
　　晶體管的自身噪聲由下列四部分組成。①閃爍噪聲，其功率譜密度隨頻率f的降低而增加，因此也叫作1/f噪聲或低頻噪聲。頻率很低時這種噪聲較大，頻率較高時（幾百赫以上）這種噪聲可以忽略。②基極電阻 rb'b的熱噪聲和。③散粒噪聲，這兩種噪聲的功率譜密度基本上與頻率無關(guān)。④分配噪聲，其強度與f 的平方成正比，當(dāng)f高于晶體管的截止頻率時,這種噪聲急劇增加。圖1是晶體管噪聲系數(shù)F隨頻率變化的曲線。對于低頻,特別是超低頻低噪聲放大器,應(yīng)選用1/f噪聲小的晶體管；對于中、高頻放大,則應(yīng)盡量選用高的晶體管，使其工作頻率范圍位于噪聲系數(shù)-頻率曲線的平坦部分。

　　場效應(yīng)晶體管沒有散粒噪聲。在低頻時主要是閃爍噪聲，頻率較高時主要是溝道電阻所產(chǎn)生的熱噪聲。通常它的噪聲比晶體管的小，可用于頻率高得多的低噪聲放大器。

　　放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。圖2是考慮了自身噪聲的放大器模型。us和Rs分別為信源電壓和內(nèi)阻,Rs的熱噪聲電壓均方值等于 4kTRs墹f，式中T 為絕對溫度，k為玻耳茲曼常數(shù)，墹f 為放大器通帶。放大器自身噪聲用噪聲電壓均方值和噪聲電流均方值表示,它們是晶體管工作狀態(tài)的函數(shù)，可以用適當(dāng)方法來測量。這樣，放大器的噪聲系數(shù)F可寫作

　　放大管的直流工作點一旦確定,和亦隨之確定，這樣,噪聲系數(shù)F 將主要是信源內(nèi)阻Rs的函數(shù)。Rs有一使F為最小的最佳值（圖3）。

　　在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點有關(guān)。發(fā)射極電流IE有一使噪聲系數(shù)最小的最佳值,典型的F-IE曲線如圖4所示。

　　晶體管放大器的噪聲系數(shù)基本上與電路組態(tài)無關(guān)。但共發(fā)射極放大器具有適中的輸入電阻,F為最小時的最佳信源電阻Rs和此輸入電阻比較接近，輸入電路大體上處于匹配狀態(tài)，增益較大。共基極放大器的輸入電阻小，共集電極放大器的輸入阻抗高，兩者均不易同時滿足噪聲系數(shù)小和放大器增益高的條件，所以都不太適于作放大鍵前置級之用。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極-共基極級聯(lián)的低噪聲放大電路。