低噪声放大器的主要技术指标包括:噪声系数、功率增益、输入输出驻波比、反射系数和动态范围等。由于设计低噪声放大器时,在兼顾其他各指标的同时,主要考虑噪声系数。噪声系数是信号通过放大器(或微波器件)后,由于放大器(或微波器件)产生噪声使得信噪比变坏。信噪比下降的倍数就是噪声系数,通常用nf表示。放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度表示。噪声温度与噪声系数nf的关系
式中,t0为环境温度,通常以温度为单位,293 k,注意:这里的噪声系数nf并非以db为单位。
对于单级放大器,噪声系数的计算公式为
式中,nfmin为晶体管小噪声系数,由晶体管本身决定;γout、rn、гs分别为获得nfmin时的源反射系数、晶体管等效噪声总输入噪声的标准表达式为:
where:
rn = 反相输入等效串联电阻
rp = 同相输入等效串联电阻
en = 特定频率下输入电压噪声密度
in = 特定频率下输入电流噪声密度
t = 以开尔文(°k)为单位的温度
k = 1.38 x 10-23 j/°k (波尔兹曼常数)。
公式1是指定频率下噪声与带宽对应关系。为计算总噪声,用et (以nv/为单位)乘以带宽的平方根即可。例如,如果放大器的带宽范围为100hz至1khz,那么,下式就是整个带宽范围内的总噪声:
上述例子给出了电压噪声和电流噪声在整个带宽范围内固定时,总噪声的计算公式(适用于放大器电路带宽的较低频率值大于运算放大器的电压噪声和电路噪声1/f频率的情况)。如果电压噪声和电流噪声在整个带宽范围内是变化的,那么总噪声的计算公式要更复杂。
根据公式1和图2可很容易地看出电路源阻抗对噪声的影响。源阻抗较低的系统,电压噪声是主要的噪声来源;源阻抗增大时,电阻噪声占主导地位,甚至可以忽略放大器的电压噪声。源阻抗继续增大时,电流噪声成为噪声的主要因素。