电路噪声

本页面主要介绍电路噪声系数、等效噪声温度的定义

噪声系数

定义

对于一个线性（或准线性）双端口电路，电路输入端信噪比和输出端信噪比的比值，是该电路的噪声系数

\[F=\frac{\mathrm{SNR}_\mathrm{i}}{\mathrm{SNR}_\mathrm{o}}=\frac{P_\mathrm{si} / P_\mathrm{ni}}{P_\mathrm{so} / P_\mathrm{no}}\]

式中， \(SNR_i\) 和 \(SNR_o\) 分别为电路输入端信噪比和输出端信噪比；\(P_{\mathrm{si}}\)、\(P_{\mathrm{so}}\)分别为输入和输出信号功率；\(P_{\mathrm{ni}}\)为输入噪声功率；\(P_\mathrm{no}\)为总的输出噪声功率，包括输入噪声和电路内增加的噪声。

拓展公式改写

可改写为

\[F=\frac{P_\mathrm{si}\:/\:P_\mathrm{ni}}{P_\mathrm{so}\:/\:P_\mathrm{no}}=\frac{P_\mathrm{no}}{\frac{P_\mathrm{so}}{P_\mathrm{si}}\times P_\mathrm{ni}}=\frac{P_\mathrm{no}}{A_\mathrm{p}\times P_\mathrm{ni}}=\frac{P_\mathrm{no}}{P_\mathrm{nio}}\]

式中，\(A_{\mathrm{p}}=P_{\mathrm{so}}/P_{\mathrm{si}}\)表示电路对信号的功率增益；\(P_\mathrm{nio}=A_\mathrm{p}\times P_\mathrm{ni}\) 表示输入噪声经过电路后在电路输出端产生的噪声功率。\(P_{\mathrm{nio}}\)与总的输出噪声功率\(P_\mathrm{no}\)不相等的原因就在于电路内部噪声也会在输出端产生影响。若设电路内部噪声在输出端产生的固有噪声功率为\(P_\mathrm{nao}\)，则

\[P_{\mathrm{no}}=P_{\mathrm{nao}}+A_{\mathrm{p}}\times P_{\mathrm{ni}}=P_{\mathrm{nao}}+P_{\mathrm{nio}}\]

\[F=\frac{P_\mathrm{nao}+P_\mathrm{nio}}{P_\mathrm{nio}}=1+\frac{P_\mathrm{nao}}{P_\mathrm{nio}}=1+\frac{P_\mathrm{nao}}{A_\mathrm{p}\times P_\mathrm{ni}}\]

此外，如果用dB为单位来表示噪声系数，则式子为

\[NF=10\lg F \ (\mathrm{dB})\]

性质

理想无噪声电路的 \(F=1\) (即NF=0dB)。
通常情况下，\(F>1\) (即NF>0dB),而且 \(P_\text{nao}\) 越大，噪声系数越大。
放大器的功率增益 \(A_\mathrm{p}\) 越大，噪声系数越小。
放大器的输入端噪声 \(P_\mathrm{ni}\) 越大，噪声系数越小。

等效噪声温度

定义

等效噪声温度表示噪声源（热源、噪声管、射电源、接收机系统或其他有源多端网络）所发出的噪声功率的量度。它等于一个电阻在与这个噪声源相同的带宽内，给出相同的功率时，所具有的绝对温度。通常，选定信号源内阻作为衡量等效噪声的电阻。