晶体管的噪声系数NF的理解??!!

iffi123

这个解释不如lz的输入输出信澡比概念, 很难给人具体的信号恶化概念

acex_1

这个问题我也是花了一段时间搞清楚的，供参考：
1、信号经过放大器处理后，虽然信号电平放大了，但信噪比变差了，即使输入理想的无噪声信号，输出仍然有噪声，这个噪声是放大器产生的。
2、输入信号功率越大，信号中的噪声功率也越大，放大器本身的噪声影响越小。
3、噪声系数定义是指输入的噪声在等效温度为27度时的热噪声（注意是热噪声，不是人为干扰或天电噪声），由于噪声是宽带的，因此一般用频谱密度定义，谱密度能量大小为-174dBm/Hz。
4、地表的物体只要有温度，电子运动会产生热噪声，一副全向天线（注意是全向天线）可以接收到这个噪声，在27度时接收到的功率频谱密度是-174dBm/Hz。一只电阻在环境温度为27度时也会产生大小为-174dB/Hz的噪声。
5、噪声系数就是指的当输入到放大器中的信号中，热噪声功率为-174dBm/Hz时，经过放大器后信噪比变差的程度。输入信号中的噪声大于-174dBm/Hz时，放大器的影响小，这就是为十么大信号放大器本身的噪声就可以忽略不计了。当输入信号中噪声小于-174dBm/Hz时，放大器的噪声更敏感，如对着太空的定向天线，所感应到的热噪声就远远小于这个值，因此需要用跟好的低噪声放大器才能获得更好的效果。
6、很多教材中没有注明输入噪声功率，使得我搞不懂，糊涂了好久。

iffi123

acex_1 发表于 2018-8-7 20:30
这个问题我也是花了一段时间搞清楚的，供参考：
1、信号经过放大器处理后，虽然信号电平放大了，但信噪比 ...

网上对于噪声系数的定义各不相同，观察角度也不一样

往事已去

iffi123 发表于 2018-8-7 16:49
这个解释不如lz的输入输出信澡比概念, 很难给人具体的信号恶化概念

可是输入输出信噪比的方法就出现我说的问题，无输入信号时的噪声……？没法算啊。

iffi123

往事已去 发表于 2018-8-8 08:01
可是输入输出信噪比的方法就出现我说的问题，无输入信号时的噪声……？没法算啊。

在想一个问题：

以短波为例，接收灵敏度一般为20uV( S/N=26dB下). 那么折算到天线输入噪声为1uV(高放输入的选频电路对接收信号影响不大，假设到高放输入也是这个数)。不知道灵敏度不知道怎么测的，这个噪声只是是信号源的噪声，还是包含了折算折算到输入的电路本底噪声？

前面longshort的例子，1K输入阻抗折算到输入噪声电压约0.3uv(5k带宽下),  这么看来差不多同一个数量级，如果用金属膜电阻替代碳膜，把这个数字往下降，是不是能提高些信澡比？

fzh547611

又一好帖，跟大师学技术，岁数大了脑子也笨，比如说想做个短波收音机，选个低噪声管，总比随便拿来一个管子要好吧？

小徒弟下山

iffi123 发表于 2018-8-8 11:12
在想一个问题：

以短波为例，接收灵敏度一般为20uV( S/N=26dB下). 那么折算到天线输入噪声为1uV(高 ...

FM灵敏度可以达1uv,  跟据噪声理论, 更不知道如何实现??

longshort

acex_1 发表于 2018-8-7 20:30
这个问题我也是花了一段时间搞清楚的，供参考：
1、信号经过放大器处理后，虽然信号电平放大了，但信噪比 ...

有几个问题要注意：

“等效温度为27度”，似应为环境温度为27摄氏度，不能少了“摄氏”二字，它相当于绝对温度300K。既然谈到噪声温度，那么这个温度就不是笼统的，一定要明确。

根据您的描述，环境温度为27摄氏度时的理想电阻，若噪声功率谱密度为-174dBm/Hz，那么在50欧理想电阻上产生的噪声电压谱密度是0.446nV/Hz。但根据热噪声公式计算的50欧理想电阻上的噪声电压谱密度是0.288nV/Hz，误差达55%。我怀疑您引用的-174dBm/Hz数据有误。事实上您说到的这个数据是指全向天线接收到的信号，那么它就是黑体辐射产生的噪声，这与理想电阻产生的热噪声是两码事，两者混为一谈了。

对于噪声系数，应理解为放大器本身的本底噪声与输入噪声叠加后的矢量和与放大器本底噪声之比。

iffi123

查了些资料，噪声系数实际测试取输出端的结果，（信号源噪声＋器件自身噪声）时输出的功率  除以  (器件自身噪声)时输出功率，再取对数.


具体做法，大致如下：

1。调整晶体管放大电路，使其增益为某个数值，比如70dB,这个增益应该是功率增益

2。输入端只接电阻Rg（就是NF测试条件之一, 信号源内阻, 三极管低频用10k比较多)

3。测得此时输出在对应带宽下(和测试频率有关)的功率谱密度,如 -101dBm/Hz

4。计算NF= -101 dBm/Hz  +174 dBm/Hz  -70 dB  =3 dB

计算公式(取对数后)

NF= 总输出噪声功率 -  [ (热噪声功率谱 +20 log 带宽)+ 增益 ]
   = (总输出噪声功率   -20 log 带宽) -  热噪声功率谱  - 增益

而热噪声功率在摄氏27度下为-174dBm/Hz, 最后

NF = 总输出噪声功率谱 + 174 -增益

acex_1

longshort 发表于 2018-8-11 10:23
有几个问题要注意：

“等效温度为27度”，似应为环境温度为27摄氏度，不能少了“摄氏”二字，它 ...

      -174dBm/Hz，是噪声功率P=KTB计算出来的，噪声谱密度p=KT，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。因为时间长了，具体过程我也不是非常清楚了（记得T是290度的绝对温度，也许我将摄氏17度误会成27度了），但我们一直是用这个数值计算的，接收机灵敏度实测也是对的。至于“但根据热噪声公式计算的50欧理想电阻上的噪声电压谱密度是0.288nV/Hz”，就不知道了。
      按照-174dB/Hz计算出来的数值是0.446nV/Hz左右，这个只有查有关资料才能进一步搞清楚了。我说的电阻是指置于290度绝对温度电阻的噪声，不是理想电阻的噪声。

longshort

acex_1发表于 2018-08-12 22:07

   -174dBm/Hz，是噪声功率P=KTB计算出来的，噪声谱密度p=KT，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。因为时间长了，具体过程我也不是非常清楚了（记得T是290度的绝对温度，也许我将摄氏17度误会成27度了），但我们一直是用这个数值计算的，接收机灵敏度实测也是对的。至于“但根据热噪声公式计算的50欧理想电阻上的噪声电压谱密度是0.288nV/Hz”，就不知道了。
      按照-174dB/Hz计算出来的数值是0.446nV/Hz左右，这个只有查有关资料才能进一步搞清楚了。我说的电阻是指置于290度绝对温度电阻的噪声，不是理想电阻的噪声。

一般工程计算中，波尔兹曼常数为1.381e-23，绝对温度T为300（相当于摄氏27度），按您的公式计算的噪声谱密度p=-173.83dBm，或取整数-174dBm。

理想电阻是指不考虑材质因素的纯电阻，因此任何实体电阻的噪声都会比理想电阻高，而且不同材质的电阻其噪声也不同，所以为有一个统一的度量，应当使用理想电阻的概念。

热噪声的电压幅度表征为En=sqrt(4KTBR)，或En^2=4KTBR。当带宽B为1Hz时，公式变为En^2=4KTR。于是噪声功率谱密度为p=En^2/R=4KT（每Hz）。比照您的公式，多了一个系数4，计算得到的噪声功率谱密度为-167.81dBm/Hz或-168dBm/Hz，比您的结果高了整整6dB。

所以我认为您引用的数值是有误的，或者是您供职的公司有其他的考虑？

longshort

acex_1 发表于 2018-8-12 22:07
-174dBm/Hz，是噪声功率P=KTB计算出来的，噪声谱密度p=KT，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。因为 ...

如上，忘了按下“回复”了。

iffi123

acex_1 发表于 2018-8-12 22:07
-174dBm/Hz，是噪声功率P=KTB计算出来的，噪声谱密度p=KT，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。因为 ...

我看到的资料也是-174dBm/Hz,应该没错

longshort

longshort 发表于 2018-8-13 06:36
一般工程计算中，波尔兹曼常数为1.381e-23，绝对温度T为300（相当于摄氏27度），按您的公式计算的噪声 ...

总算搞清了一件事，-174dBm/Hz的噪声功率谱密度这个值，其实是在噪声源阻抗与负载阻抗共轭匹配时候能够得到的最大传输功率，称为“额定功率”或“资用功率”，它总是小于噪声源实际产生的功率。源与负载阻抗共轭匹配时各自得到的噪声电压幅度是源噪声幅度的一半，故在负载上得到的噪声功率为1/4，于是系数“4”消去，负载上得到的噪声功率的谱密度是p=KT/Hz。

在分析噪声的影响时，放大器输入端的负载就是放大器的输入阻抗，在输入短路时测得的本底噪声功率即是这个等效电阻产生的，因而它遵循p=4KT/Hz的规律。显然，噪声源在单独描述时，产生的噪声功率遵循同样的规律，但只要负载相连接，它们之间的关系就变成了p=KT/Hz。

所以，-174dBm/Hz描述的是从噪声源功率中分得的一部分功率的谱密度，而噪声源本身产生的功率谱密度一定是它的4倍，即-168dBm/Hz。

acex_1

longshort 发表于 2018-8-13 09:08
总算搞清了一件事，-174dBm/Hz的噪声功率谱密度这个值，其实是在噪声源阻抗与负载阻抗共轭匹配时候能够 ...

您这么说，我觉得有道理，应该对的，佩服！我也搞懂了一个问题。