噪声电压的测量

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1、 噪声电压的测量65100226徐凤贺一 噪声的基本特性 1. 噪声的产生噪声主要是由各种元器件（如晶体管、电阻）内部带电 质点运动的不规则所造成的现象。 2. 噪声电压 对于一个放大器而言，当输入信号为0时，由输出端测 得的杂散交流电压。 3. 两种噪声 热噪声：导体、半导体及杂质材料在一定温度下，由于内部微 粒不规则的热运动产生的噪声 。 散粒噪声：在电路通过晶体管PN结时，由于电荷运动的不连续 而产生的晶体管噪声。 上述两种噪声在线性频率范围内其能量是均匀分布 的，这类噪声称白噪声。 4.噪声频谱噪声电压中含有各种频率成分，噪声电压按频率的 分布成为噪声频谱。由上述可知，噪声是一种随机信

2、号，其波形是非周期 性的，其变化是无规律的。可用统计学的方法把它当做随机 过程来处理。一般用概率密度函数来表示它。白噪声电压瞬时值的分布规律符合正态分布，其概率密度函数 （1）式中， 是噪声电压有效值， 是噪声电压的瞬时值。当用 平均值表来测量白噪声时，可用此式求出这种噪声电压的波形 系数。二 用平均值表测量噪声电压用平均值表测量噪声电压的方法：与波形换算方法类 似，须求出噪声电压的波形系数，利用公式（1），并考 虑噪声电压具有正态分布的对称性，其平均值，得（2） 根据波形系数定义，得（3）当所选的平均值表为全波检波型时， 为1.11则有可见，将平均值表的指示值乘以1.13就是噪声电压的有效

3、值。注意：测量噪声电压时，平均值表本身的带宽应该比被测电 路的噪声带宽大得多，以减小测量误差。并且，应使指针 不要偏转到满度附近，以免产生削波现象。三 器件和放大器噪声的测量 等效输入噪声：把放大器产生的全部噪声折算为输入端的噪 声电压或噪声电流。它应远小于被测放大器的输出噪声， 带宽应大于被测放大器的带宽。 下图为等效输入噪声源的模型，可以用来计算放大器的等效 输入噪声。无噪 声放 大器(a) 电压源无噪 声放 大器(b) 电流源图1 等效输入噪声源模型1.等效输入噪声 的测量令实际的输出噪声电压 等效到理想器件的输入端，令理 想器件电压增益为 ，则有式中 为被测器件的等效输入电压。 有正弦

4、信号法和噪声发生器法两种测量方法。 （1）用正弦信号法测量 原理图如下图2(a) 测量电压增益（b）测量输出噪声图2 用正弦信号法测如上图（a）所示，用有效值电压表测 ， ，短路放大器输入端，保留 ，测 ，则可求出 。 注意：测 时，必须在比噪声高的信号平台上，必须在等 于源阻抗的发生器阻抗下。测 时，应符合带宽准则。 （2）用噪声发生器法测 原理图为图3被测 放大 器图3 用噪声发生器法测 的原理图 设噪声发生器输出噪声电压为 ，放大器输出总噪声电压 的有效值为 ，去掉噪声发生器，输出端电压有效值为，则当 时， 。 （3）两种测量方法的比较 正弦波法适用于低频噪声，并可利用通用的测量设备，但

5、增 益、总输出噪声及噪声带宽的精确测定比较困难。噪声发生 器法比较简单，测量准确度比较高，但低频噪声的测量需较 昂贵的标准噪声源。所以多用来测高频噪声。（4）测量噪声时需考虑的问题 a.带宽的影响带宽准则：电压表3db带宽为被测系统噪声带宽的8到10 倍。 b.平均值和波形系数 c.测量时间的影响噪声测量，实质上是求平均值的过程，所以为了精确测量 噪声，必须增加求平均值的时间。 d.由于白噪声呈高斯正态分布，为避免噪声波峰被削掉，测 量过程中表头值不得超过满刻度值的一半。 2.噪声带宽的测量 噪声带宽 。以放大器为例 式中 为电压增益随频率变化的函数； 为中频增益。噪声带宽也有正弦信号法和噪声

6、发生器法两种测量方法。 （1）正弦信号法用正弦信号法测量噪声带宽，实质是测量被测放大器的幅 频特性曲线，然后求 曲线下的总面积S，则 测量方法如下图4图4 用信号发生器测量噪声带宽原理框图 （2）噪声发生器法 将噪声发生器接到被测电路的输入端测量总的输出噪声电压，则信号发生器被测电路交流电压表交流电压表式中 为电压增益； 为噪声发生器加到被测电路电 路输入端的白噪声频谱密度。 3.信噪比的测试 信噪比（SNR）：信号功率 与噪声功率 之比。 以分贝表示的信噪比为信噪比的测量原理如图5图5 信噪比测量原理框图 信号发生器被测电路窄带电压表有效值电压表直流功率先调节信号发生器达到所需要的电压值，开

7、关S置于“1”位 ， 用窄带电压表测量测试点处的信号电压 。然后切断信号 发生器的电源，但仍与电路相连接，开关S置于“2”位，用 有效值电压表测量测试点处的噪声电压 ，由 和 的值 求信噪比。 4.噪声系数的测量式中 ，为放大器的功率增益。 噪声系数常用分贝来表示，即噪声系数表征信噪比降低的程度。一个不产生噪声的理 想放大器的噪声系数为1。放大器本身产生噪声越大，F越大 ， 利用F可以确定放大器的极限灵敏度或最小可检测电压。 （1）利用噪声发生器测量噪声系数 原理框图如下测量方法：先求得 时的输出功率 ，然后调 使输出被 测 电 路低 噪 声 放 大 器功 率 指 示 仪（或电压表）功率为 。

8、这时，从噪声发声器标头上可读出噪声系数。 这种方法叫两倍功率增益的方法，适于测量器件或放大电路 工作在高频时的噪声系数。 （2）正弦信号法 测量原理同噪声发生器法一样，只是信号源采用正弦恒压 源。 这种方法只适于低频或缺乏专用噪声发生器的场合。 5.集成运算放大器噪声参数的测量 （1）测试原理噪声带宽运放的电压增益为由宽带有效值电压表测出输出噪声电压 ，则（2）运算放大器 的使用测量电路消除失衡电压的噪声测试电路原理图 注意：运算放大器的输出中含有输入电压失衡所引起的直流 分量。当测量有效值输出噪声时，一定要保证输出测量仪表 能去除这个直流电平，使之不影响读数。 宽带的输入噪声电压 的测量电路如的 的图3.3.12所示 则注意：上述所有装置都需要静电屏蔽，以防止电源线干扰和 高频干扰，测量前应检查一下干扰噪声电平的大小，为此， 将被测运放取下来，电压表指示应将至原来指示的1/3以 下。 （3）输入噪声电流 和 的测量 低频输入噪声 和 的测量电路原理图如 的图3.3.13 的（a）和（b）所示。则宽带输入噪声 和 的测量电路原理图如 的图3.3.14 的（a）和（b）所示。则