噪聲是電子設(shè)計(jì)中必須處理等信號(hào)之一,我們都知道放大器的噪聲有兩種類(lèi)型:一種是外部噪聲,來(lái)源于放大器外部;另一種是內(nèi)部噪聲,來(lái)源于器件本身,處理放大器的噪聲對(duì)于提升電子產(chǎn)品的性能至關(guān)重要,這里我們以問(wèn)答形式對(duì)放大器噪聲原理進(jìn)行闡述,并闡述一些如何處理放大器噪聲等實(shí)用技巧。
Q4[問(wèn):] 可否詳細(xì)介紹下放大器等噪聲原理?謝謝!
[答:]圖1所示為放大器噪聲模型。放大器噪聲分為兩類(lèi):一種是電壓噪聲(VX),另一種是電流噪聲(IX)。在實(shí)際電路中,放大器由許多晶體管組成,所有這些晶體管都有噪聲。幸運(yùn)的是,所有晶體管的噪聲都可以折合到放大器的輸入端。
電壓噪聲規(guī)格在數(shù)據(jù)手冊(cè)中,通常以?xún)煞N方式表示,分別是
查看數(shù)據(jù)手冊(cè)中的噪聲特性時(shí),必須了解它是被折合到輸入端還是輸出端。大部分放大器的噪聲特性被折合到輸入端,對(duì)于運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)手冊(cè),這幾乎是默認(rèn)的習(xí)慣算法。但對(duì)于其他類(lèi)型的固定增益放大器(如差動(dòng)放大器),噪聲可能被折合到輸出端。請(qǐng)注意,這種輸入噪聲會(huì)被放大器放大。例如,對(duì)于同相增益為10的放大器,輸出端的噪聲將是指標(biāo)中給出的噪聲的10倍。一些電路配置的噪聲增益可能大于信號(hào)增益,反相配置就是一個(gè)很好的例子。信號(hào)增益為-1的反相配置,其噪聲增益實(shí)際上為2。為了確定實(shí)際噪聲增益,請(qǐng)將所有外部電壓源短路,同時(shí)可以將噪聲放大器的RTI噪聲看做出現(xiàn)在放大器正輸入端的噪聲,如果以這一假設(shè)分析電路,應(yīng)當(dāng)能夠確定噪聲所接受的增益。
儀表放大器的噪聲特性與運(yùn)算放大器稍有不同,對(duì)于運(yùn)算放大器,所有內(nèi)部晶體管噪聲都可以折合到輸入端,換言之,所有噪聲源都會(huì)按增益比例縮放。儀表放大器則不然,電路中的一些噪聲會(huì)按增益比例進(jìn)行縮放,其他噪聲則與增益無(wú)關(guān),這里與增益噪聲相關(guān)的噪聲量顯示為eNI,與增益無(wú)關(guān)的噪聲量顯示為eNO。數(shù)據(jù)手冊(cè)中有二者關(guān)系公式。
除電壓噪聲外,放大器還具有電流噪聲。如果輸入端有電阻,電流噪聲將與之相互作用,產(chǎn)生電壓噪聲。譬如,大多數(shù)源電壓具有一定的電阻。畢竟,將高阻抗信號(hào)源轉(zhuǎn)換為低阻抗信號(hào)源是使用運(yùn)算放大器的原因之一。電流噪聲流經(jīng)與放大器相連的電阻,產(chǎn)生電壓噪聲。一般來(lái)說(shuō),放大器的輸入偏置電流越高,則電流噪聲越高。
圖2顯示具有一定源電阻的電壓跟隨器配置,運(yùn)算放大器的電流噪聲會(huì)與信號(hào)源電阻相互作用,在輸出端產(chǎn)生一定的額外噪聲。圖3顯示反饋路徑中的電阻如何與電流噪聲相互作用,電流噪聲流經(jīng)反饋電阻的并聯(lián)組合,在輸入端產(chǎn)生一個(gè)額外噪聲源,然后此噪聲源經(jīng)放大器放大到達(dá)輸出端。
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