低噪聲放大器（low noise amplifier）是噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號的場合，放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù) F來表示。理想放大器的噪聲系數(shù) F＝1（0分貝） ，其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比�，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應(yīng)晶體管；微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻�極管參量放大器 ，常溫 參放的 噪聲 溫度 Te 可低于幾十度(溫度)，致冷參量放大器可達(dá) 20K以下，砷化鎵場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于 2 分貝。放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點(diǎn)有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極一共基極級聯(lián)的低噪聲放大電路。

　　低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)包括：噪聲系數(shù)、功率增益、輸入輸出駐波比、反射系數(shù)和動(dòng)態(tài)范圍等。由于設(shè)計(jì)低噪聲放大器時(shí)，在兼顧其他各指標(biāo)的同時(shí)，主要考慮噪聲系數(shù)。噪聲系數(shù)是信號通過放大器(或微波器件)后，由于放大器(或微波器件)產(chǎn)生噪聲使得信噪比變壞。信噪比下降的倍數(shù)就是噪聲系數(shù)，通常用NF表示。放大器自身產(chǎn)生的噪聲常用等效噪聲溫度表示。噪聲溫度與噪聲系數(shù)NF的關(guān)系

　　式中，T0為環(huán)境溫度，通常以溫度為單位，293 K，注意：這里的噪聲系數(shù)NF并非以dB為單位。

　　對于單級放大器，噪聲系數(shù)的計(jì)算公式為

　　式中，NFmin為晶體管最小噪聲系數(shù)，由晶體管本身決定；Γout、Rn、Гs分別為獲得NFmin時(shí)的源反射系數(shù)、晶體管等效噪聲電阻、晶體管輸入端的源反射系數(shù)。

　　而多級放大器噪聲系數(shù)的計(jì)算公式為

　　式中，NF總為放大器整機(jī)噪聲系數(shù)；NF1、NF2、NF3分別為第1，2，3級的噪聲系數(shù)；G1、G2分別為第1，2級功率增益。

　　從式(3)看出，當(dāng)前級增益G1和G2足夠大時(shí)，整機(jī)的噪聲系數(shù)接近第l級的噪聲系數(shù)。因此多級放大器中，第1級的噪聲系數(shù)大小起決定作用。

　　影響放大器噪聲性能的參數(shù)中最重要的兩個(gè)參數(shù)是：電壓噪聲和電流噪聲。電壓噪聲是指在沒有它噪聲干擾的情況下，放大器輸入短路時(shí)出現(xiàn)在輸入端的電壓波動(dòng)。電流噪聲是指在沒有其它噪聲干擾的情況下，放大器輸入開路時(shí)出現(xiàn)在輸入端的電流波動(dòng)。

　　描述放大器噪聲的典型指標(biāo)是噪聲密度，也稱作點(diǎn)噪聲。電壓噪聲密度單位為nV/，電流噪聲密度通常表示為pA/。在低噪聲放大器數(shù)據(jù)資料中可以找到這些參數(shù)，而且，一般給出兩種頻率下的數(shù)值：一個(gè)是低于200Hz的閃爍噪聲；另一個(gè)是在1kHz通帶內(nèi)的噪聲。簡單起見，這些測量值以放大器輸入端為參考，不需要考慮放大器增益。

　　圖1所示為電壓噪聲密度與頻率的對應(yīng)關(guān)系曲線。噪聲曲線與兩個(gè)主要的噪聲成份有關(guān)：閃爍噪聲和散粒噪聲。閃爍噪聲是所有線性器件固有的隨機(jī)噪聲，也稱作1/f 噪聲，因?yàn)樵肼曊穹�與頻率成反比。閃爍噪聲通常是頻率低于200Hz時(shí)的主要噪聲源，如圖1所示。1/f角頻率是指噪聲大小基本相同、不受頻率變化影響的起始頻率。散粒噪聲是流過正向偏置pn結(jié)的電流波動(dòng)所造成的白噪聲，也出現(xiàn)在該頻段。值得注意的是：電壓噪聲的1/f角頻率與電流噪聲的1/f角頻率可能會(huì)不同。

　　圖1. 電壓噪聲密度與頻率的關(guān)系曲線，主要受兩種噪聲源的影響：閃爍噪聲和散粒噪聲。閃爍噪聲或1/f噪聲與頻率成反比，是頻率低于200Hz時(shí)的主要噪聲源。

　　放大器電路的總噪聲取決于放大器本身、外部電路阻抗、增益、電路帶寬和環(huán)境溫度等參數(shù)。電路的外部電阻所產(chǎn)生的熱噪聲也是總噪聲的一部分。圖2所示為放大器和相關(guān)噪聲成份的實(shí)例。

　　圖2. 放大電路的源阻抗決定占主導(dǎo)地位的噪聲類型，源阻抗升高時(shí)，電流噪聲為主要來源。

　　特定頻率下運(yùn)算放大器總輸入噪聲的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式為：

　　where:

　　Rn = 反相輸入等效串聯(lián)電阻

　　Rp = 同相輸入等效串聯(lián)電阻

　　en = 特定頻率下輸入電壓噪聲密度

　　in = 特定頻率下輸入電流噪聲密度

　　T = 以開爾文(°K)為單位的溫度

　　k = 1.38 x 10-23 J/°K (波爾茲曼常數(shù))。

　　公式1是指定頻率下噪聲與帶寬對應(yīng)關(guān)系。為計(jì)算總噪聲，用et (以nV/為單位)乘以帶寬的平方根即可。例如，如果放大器的帶寬范圍為100Hz至1kHz，那么，下式就是整個(gè)帶寬范圍內(nèi)的總噪聲：

　　上述例子給出了電壓噪聲和電流噪聲在整個(gè)帶寬范圍內(nèi)固定時(shí)，總噪聲的計(jì)算公式(適用于放大器電路帶寬的較低頻率值大于運(yùn)算放大器的電壓噪聲和電路噪聲1/f頻率的情況)。如果電壓噪聲和電流噪聲在整個(gè)帶寬范圍內(nèi)是變化的，那么總噪聲的計(jì)算公式要更復(fù)雜。

　　根據(jù)公式1和圖2可很容易地看出電路源阻抗對噪聲的影響。源阻抗較低的系統(tǒng)，電壓噪聲是主要的噪聲來源；源阻抗增大時(shí)，電阻噪聲占主導(dǎo)地位，甚至可以忽略放大器的電壓噪聲。源阻抗繼續(xù)增大時(shí)，電流噪聲成為噪聲的主要因素。