第2章 模拟测量方法02-09版

2.3噪声电压的测量2.3.1噪声的基本特性

在电子线路中，噪声主要是由各种元器件内部带电粒子运动的不规则造成的现象，它严重影响系统传输微弱信号的能力。

噪声电压——对一个放大器而言,当输入信号为0时,由输出端测得的杂散交流电压。

产生噪声的原因：热噪声：导体半导体及杂质材料，内部微利的不规则热运动。散粒噪声：PN结-电荷运动不连续-晶体管噪声。

热噪声和散粒噪声在线性频率范围内其能量是均匀分布的。

白噪声（白光）：在光谱学里，各频率能量均匀分布的光成为白光，也称这类噪声为白噪声

噪声的性质：是一种随机信号；波形是非周期的；变化是无规律的。一般用概率密度函数来表示它，符合正态分布。Un–噪声电压的有效值；U--噪声电压的随时值。2.3.2用平均值表测量噪声电压

噪声电压：一般指有效值，用平均值电压表册噪声电压，需进行波形转换。噪声电压具有正态分布的对成性，其平均值根据波形系数定义，有

噪声电压的计算：1据2.2节，当所选的平均值电压表为全伯坚六时，定度系数为1.11；2将指示值换算成正弦波检波后的平均值；3按平均值相等原则，再算出噪声电压的有效值2.3.3器件和放大器噪声的测量噪声测量方法：正弦信号法和噪声发生器法。选哪种方法取决于频率范围和可选用的仪表。特点：被测放大器输出端的噪声必须足够大；当噪声很小时，输出端和仪表之间加线性放大器；且该放大器的等效输入噪声远小于被测放大器的输出噪声，带宽应大于被测放大器的带宽。放大器的“噪声量”—放大器的等效输入噪声电压（或电流）等效输入噪声—把放大器所产生的全部噪声折算为输入端的噪声电压或噪声电流

图示等效输入噪声远的模型可用来计算放大器的等效输入噪声。

1.等效输入噪声Uni的测量一个有噪声的器件，可以用一个无噪声的器件等效，有Uni=Uno/AuUni–被测器件的等效输入噪声电压；Uno--被测器件的输出噪声电压；Au–理想器件的电压增益。(1)正弦信号法测Uni（a）加入正弦波信号，测放大器电压增益：Au=Uo/Us（b）短路放大器输入端，测总的输出噪声，求噪声电压:Uni=Uno/Au(2)噪声发生器法测Uni方法：（a）效准好的噪声发生器电压Uns,接放大器输入端，测放大器输出总噪声电压有效值Uno2;（b）短路放大器输入端，测放大器输出总噪声电压有效值Uno1;（c）求等效输入噪声电压Uni:（d）当Uno2=Uno1时，则Uni=Uns

(3)两种测量方法的比较正弦信号法：

优点：适合于低频测量，可用通用设备；缺点：需测系统增益、总输出噪声及噪声带宽；这些两精确测定较困难，步骤麻烦。噪声发生器法：优点：方法简单，测量准确度较高，常用于高频测量；缺点：用于低频测量时需要较昂贵标准噪声源。②平均值和波形系数③测量时间的影响

噪声测量实质是求平均值，理论上虚无限长时间；对同样的测量准确度，窄带测量需时间更长；如误差1%：5Hz—1000S,1kHz—5S。④示值影响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。(4)测量噪声时需要考虑的问题①带宽的影响

所用电压表的带宽应远大于被测系统的噪声带宽。否则，将使指示值偏低。Un—修正后的噪声电压，即理想电压表测得—有限带宽电压表测得Bwn—被测系统的噪声带宽

—被测系统与电压表组成的总噪声带宽3.噪声带宽的测量当研究噪声时，需研究噪声的带宽Bwn，以放大器为例，有----中频增益(1)正弦信号法实质上是测量被测放大器的幅频特性，然后求下的总面积S，

噪声带宽测量方法：·电压表分别接入待测系统的输出、输入端；·系统加适当偏置电压，维持系统的输入电压不变，测不同频率下的输出电压；（足够多）·计算电压增益·精确绘制电压增益平方---频率曲线图；·求出噪声带宽。(2)噪声发生器法3.信噪比的测试

信号功率Ps与噪声功率Pn之比SNR=Ps/Pn=分贝表示：SNR=10Lg(Ps/Pn)测量：信号发生器-窄带-信号电压去掉信号发生器-宽带-噪声电压----总的噪声输出电压----输入端的白噪声频谱密度5.集成运算放大器噪声参数的测量(1)测试原理电压噪声:采用低信号源电阻，高增益电路测量时运算放大器输出端滤波器，使噪声带宽符合产品手册标准。输出端滤波器的噪声带宽：

电流噪声:采用高信号源电阻，高增益电路，通过高信号源电阻将电流噪声转变为电压，若Rs很大，电流噪声压倒电压噪声。(2)运算放大器Uni的实用测量电路图示测量系统的噪声带宽为：Bwn=1/(4RfCf)=1kHzC1—去除运算放大器的输出含有输入电压失衡所引起的支流分量。图示为测量宽带输入噪声电路Bwn=1/(4RfCf)=10kHz辅助放大器A1另外提供10倍电压增益(3)输入噪声电流I-和I+的测量通过高阻值R转换为电压，R的选择要保证输出的噪声电压Uno中的数值其主要作用，由R和CR组成的低通电路，其噪声带宽远远大于测量系统的噪声带宽，即测量电路带宽1HzUni=Uno/Au----电阻R的寄生电容----被测电路的共模输入电容2.4分贝的测量2.4.1数学定义1.功率之比的对数——分贝(Db)2.电压比的对数3.绝对电平(1)功率电平dBm基准量P0=1mW(2)电压电平Dbv基准量U0=0.775V4.音量单位(VU)测量电声系统用的电瓶单位，0电平定义为在600阻抗上吸取功率为1mW2.4.2分贝值的测量分贝刻度

实测结果：上例按1.5V量程为基准定分贝刻度。读数转换：大于1.5V量程：量程对应dB值+指示dB小于1.5V量程：量程对应dB值-指示dB如30V量程，示值27.5V,分贝值为26+5=31（dB）2.5失真度的测量2.5.1非线性失真的定义全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比2.5.2失真度测量仪基本工作原理2.5.3有源陷波电路1.双T形电路构成的无源陷波器2.双T形有源陷波器例：设计一个双T形陷波器，要求在1000Hz时陷波，且陷波器的3dB带宽为50Hz。取C=103,RT=10K2.5.4失真度测量仪举例1.基本工作原理仪器指示的失真度当失真度小于10%时，γ≈

γ’当失真度大于10%时，应按下式加以计算修正2.失真度测量的误差分析(1)仪器指示的失真度与理论失真度的偏差(2)失真仪中的基波抑制网络很难做到将基波分量全部滤除，也很难做到对二次以上的谐波一点不衰减，这也会造成一定的测量误差。(3)测试仪器本身也会由于许多原因而产生误差。(4)由电压表读出的失真度应扣除仪器本身的失真度。(5)若采用峰值或平均值电压表，则会引入一定误差(6)陷波滤波器(7)其它2.6功率的测量2.6.1音频与较高频信号功率的测量在较高频率时，可采用吸收型功率表测量功率。

利用P=U/R测功率2基本的量热式功率表，被测信号把电阻器加热，使其温度上升。测热计电桥热电偶功率表二极管功率表2.6.2误差分析2.6.3功率表实例——射频功率表

实验内容实验三：电压表原理及应用

实验安排该课程计划安排四项实验，学完相应章节开始进行实验，祥见实验指导书。实验三：电压表原理及应用（上课