文档介绍：放大器噪声原理与低噪声设计技巧 100 问
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噪声是电子设计中必须处理等信号之一,我们都知道放大器的噪声有两种类型:一种是外部
噪声,来源于放大器外部;另一种是内部噪声,来源于器件本身,处理放大器的噪声对于提
升电子产品的性能至关重要,这里我们以问答形式对放大器噪声原理进行阐述,并阐述一些
如何处理放大器噪声等实用技巧。
Q1 [问:] 放大器的内部噪音如何进行精确测量?它和那些因素有关?在测试时需要注意那
些问题?
[答:] 对于放大器的噪声的测量,一般来讲就是把放大器的输入接 0,输出经过一个低通滤
波器,然后用高精度的 ADC 来采样做 FFT,或者示波器看输出的情况。
Q2[问:] 在判断放大器的性能时,主要应参考哪儿个噪声参数呢?
[答:]要考虑传感器,电阻,放大器和 ADC 的各个噪音参数。
Q3[问:] 可否详细介绍下放大器等噪声原理?谢谢!
[答:]图 1 所示为放大器噪声模型。放大器噪声分为两类:一种是电压噪声(VX),另一种
是电流噪声(IX)。在实际电路中,放大器由许多晶体管组成,所有这些晶体管都有噪声。
幸运的是,所有晶体管的噪声都可以折合到放大器的输入端。
图 1 放大器噪声模型
电压噪声规格在数据手册中,通常以两种方式表示,分别是和。查看数据
手册中的噪声特性时,必须了解它是被折合到输入端还是输出端。大部分放大器的噪声特性
被折合到输入端,对于运算放大器数据手册,这几乎是默认的****惯算法。但对于其他类型的
固定增益放大器(如差动放大器),噪声可能被折合到输出端。请注意,这种输入噪声会被
放大器放大。例如,对于同相增益为 10 的放大器,输出端的噪声将是指标中给出的噪声的
10 倍。一些电路配置的噪声增益可能大于信号增益,反相配置就是一个很好的例子。信号
增益为-1 的反相配置,其噪声增益实际上为 2。为了确定实际噪声增益,请将所有外部电压
源短路,同时可以将噪声放大器的 RTI 噪声看做出现在放大器正输入端的噪声,如果以这
一假设分析电路,应当能够确定噪声所接受的增益。
仪表放大器的噪声特性与运算放大器稍有不同,对于运算放大器,所有内部晶体管噪声都可
以折合到输入端,换言之,所有噪声源都会按增益比例缩放。仪表放大器则不然,电路中的
一些噪声会按增益比例进行缩放,其他噪声则与增益无关,这里与增益噪声相关的噪声量显
示为 eNI,与增益无关的噪声量显示为 eNO。数据手册中有二者关系公式。
除电压噪声外,放大器还具有电流噪声。如果输入端有电阻,电流噪声将与之相互作用,产
生电压噪声。譬如,大多数源电压具有一定的电阻。毕竟,将高阻抗信号源转换为低阻抗信
号源是使用运算放大器的原因之一。电流噪声流经与放大器相连的电阻,产生电压噪声。一
般来说,放大器的输入偏置电流越高,则电流噪声越高。
图 2 显示具有一定源电阻的电压跟随器配置,运算放大器的电流噪声会与信号源电阻相互
作用,在输出端产生一定的额外噪声。图 3 显示反馈路径中的电阻如何与电流噪声相互作用,
电流噪声流经反馈电阻的并联组合,在输入端产生一个额外噪声源,然后此噪声源经放大器
放大到达输出端。
图 2 具有一定源电阻的电压跟随器配置
图 3 反馈路径中电阻与电流噪声的相互作用
Q4 [问:] 用运放设计放大器时,如何估算其输入输出阻抗?希望能用实用的一些指标表
达出来。其低噪跟放大倍数的关系?谢谢
[答:] 通常,对于运放器件,我们认为其输入阻抗无穷大,输出阻抗为 0,(可以参考具体
型号的数据手册来查询具体的数值)。所以电路的输入输出阻抗可以基于这个条件来计算。
噪声方面,一般手册里给出的都是 RTI 的指标,就是从输入端看到的噪声,所以,输出的噪
声都会被乘上放大倍数。
Q5[问:] 我用的事 opa2350 放大器,测输入是干净的,输出波形伴有 200mv 的杂波,可能
是从哪里传入的? 如果是旁边的电阻或放大器本身产生的该如何避免。
[答:] 原因可能很多,但一般情况下不会有这么大的杂波,建议你仔细检查一下电路设置,
尤其是增益配置,尽量将其配置成增益大于 1,以提高电路的稳定性,如果是电阻热噪声大
的话,可以考虑适当降低阻值,运放本身的特性是无法改变的。[2010-3-25 10:54:02]
Q6[问:] 如何降低器件的内部噪声以及削弱外部噪声?
[答:] 器件的内部噪声改变不了,你可以通过选择外部的带宽来限制外部的噪声
[Q7 问:] 电容性传感器和输入放大器间的