用电阻噪声确定一个低噪声放大器的特性

如果知道或可以估计出一款低噪声放大器的增益或噪声带宽，只使用几只电阻和一只交流电压表，就可以测出其它的规格（参考文献1）。本例使用了Johnson方程，它描述的是一只电阻所生成的噪声量（参考文献2）。要找到缺失的参数，就要测量放大器的输出噪声电压，此时，先将输入短接，然后使用几只不同值的电阻。可以从网上下载一个Excel电子表，用于计算增益或噪声带宽。

测量开始时，将低噪声放大器的输入端短路，用电压表测量噪声电压。然后，在放大器的输入端每次插入一只电阻，再测量放大器输出端的噪声电压。将测得的输出噪声电压、每只电阻的阻值、环境温度、已知或估计的低噪声放大器增益，以及已知或估计的有效噪声带宽，输入到电子表格内。



电子表格使用每个电阻的测量值，绘出一个理想的“蓝色”曲线，它表示了以nV/√H2为统一单位的Johnson噪声（图1）。对任何低噪声放大器输入电阻，可以对蓝色曲线作出补偿。图中亦显示了一个“绿色”曲线，它表示的是计算得出的放大器“超额”输出噪声，即所测得输出减去与放大器无关的输入相关噪声。输入相关噪声是一种无关的噪声信号，它会以噪声电压平方之和的平方根形式，加到所有额外输入噪声上。使用放大器的有效噪声带宽和增益值，通过短接放大器输入端而测量输出噪声电压，就可以找出放大器的输入相关噪声。

可以用Agilent公司34410A这类万用表，它有第二显示的算术平均功能，填入测得的输出噪声值（参考文献3）。当放大器通电时，将每只电阻连接到放大器输入端后，将算术平均值清零；一般要等大约10秒至1分钟时间，直到新平均值稳定下来；在噪声电子表格中记录下该电阻的平均值。用欧姆表功能测出实际的电阻值，并将其记在电子表格内。

在表中记下输入参数及测得的输出噪声值。猜测一下未知参数的初始值，然后加以修改，直到绿色曲线几乎全部覆盖理想的蓝色曲线。当曲线覆盖时，就会找到缺失的参数。然后，通过调整两个参数，尝试做假设分析。

参考文献

1.Geller, Joseph M, “On Measuring the Effective Noise Bandwidth of a Filter,” 2007.

2.Johnson, JB, “Thermal Agitation of Electricity in Conductors,” Physical Review, Volume 32, July 1928, pg 97.

3.“34410A Digital Multimeter, 6½ Digit,” Agilent Technologies.