LNA 低噪声放大器的设计问题

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低噪声放大器的简介

　　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电路。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(绝对温度)，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。

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低噪声放大器技术指标

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

                               
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式中，T0为环境温度，通常以绝对温度为单位，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

                               
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式中，NFmin为晶体管最小噪声系数，由晶体管本身决定；Γout、Rn、Гs分别为获得NFmin时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、晶体管输入端的源反射系数。 　　而多级放大器噪声系数的计算公式为

                               
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式中，NF总为放大器整机噪声系数；NF1、NF2、NF3分别为第1，2，3级的噪声系数；G1、G2分别为第1，2级功率增益。 　　从式(3)看出，当前级增益G1和G2足够大时，整机的噪声系数接近第l级的噪声系数。因此多级放大器中，第1级的噪声系数大小起决定作用。


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