噪声电压的测量

一、噪声的基本特性
在电子技术中，噪声是指除有用信号以外的一切不需要的信号和各种电磁干扰的总称。噪声是一种随机信号，需要用统计学的方法加以描述。

图1 噪声电压的波形
包含所有颜色的光称为白光，类似地，在所有频率下具有等功率密度的噪声称为白噪声。真正的白噪声应该具有无限的带宽，因而有无限的功率，但实际系统的带宽总是有限的，只要在所研究的频带内噪声具有平直的功率谱密度，我们就可以把它看成是白噪声。

二、用平均值表测量噪声电压
平均值：；
根据波形系数定义，得：

按平均值相等原则，再算出噪声电压的有效值：

三、器件和放大器噪声的测量
一个有噪声的放大器可以用一个理想的无噪声的放大器来等效，而将实际输出的噪声电压Uno等效到无噪声放大器的输入端。图2中Us和Rs分别为信号源的电压和内阻， Uno为信号源的输出电压，令理想器件的电压增益为Au。

图2 等效输入噪声源模型
则放大器的等效输入噪声电压Uni引定义为，式中输出噪声电压 Uno包含了Rs的热噪声和放大器内部器件所产生的噪声。

1.等效输入噪声Uni的测量
(1)正弦信号法

图3 正弦信号法测Uni
以正弦波为测量信号，测量放大器的电压增益Au，如图3所示，其定义为：

(2)噪声发生器法

图4 用噪声发生器法测Uni
也可以用噪声发生器代替正弦信号源进行测量。设噪声发生器输出噪声电压为Uns，测量时先不接噪声发生器，在放大器输入端仅接Rs，测得放大器输出噪声电压的有效值Un1，测量时再接噪声发生器，测得放大器输出噪声电压的有效值Un2 ，
根据Uni的定义，得，
(3)两种测量方法的比较
(4)测量噪声时需要考虑的问题
①带宽的影响
②平均值和波形系数
③测量时间的影响
④由于白噪声呈高斯正态分布，为避免噪声波峰被削掉，测量过程中表头示值不得超过满刻度值的一半。
3.噪声带宽的测量
(1)正弦信号法

图5 Bwi的计算方法

图6 B用信号发生器测噪声带宽
(2)噪声发生器法

3.信噪比的测试

图7 信噪比测量原理
4.噪声系数的测量
噪声系数有多种表示方法，目前用得最广泛的是用信／噪比来计算的噪声系数。在如图8所示的放大器电路中，和 Rs分别为信号源电压相量和内阻，RL为负载电阻。

图8 噪声系数原理图
该放大器的噪声系数定义为：在标准温度290o K时，放大器的输入信噪比与输出信噪比的比值， 即

噪声系数F常用分贝表示，这时又称为噪声指数，即

(2)正弦信号法
正弦信号法的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，采用这种方法测量比较复杂，且误差较大，只适用于低频或缺乏专用噪声发生器的场合。