低噪声放大器技术指标

低噪声放大器（low noise amplifier）是噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数 F来表示。理想放大器的噪声系数 F＝1（0分贝） ，其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器 ，常温 参放的 噪声 温度 Te 可低于几十度(温度)，致冷参量放大器可达 20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。
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。