實(shí)用噪聲放大器原理
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圖4 AD8222在多個(gè)不同帶寬時(shí)的噪聲
頻譜密度圖使均方根測量更進(jìn)一步，它實(shí)際上是將噪聲測量分為不同的區(qū)間，這樣便可以明確哪些頻率具有較多的噪聲成分。圖5來自AD8295數(shù)據(jù)手冊，顯示了許多測量的平均組合值。由于頻譜密度圖將測量分為許多區(qū)間，因此需要大量的數(shù)據(jù)才能獲得一張清晰的圖。
圖5 AD8295的頻譜密度圖
在較低頻率時(shí)，大多數(shù)放大器的噪聲曲線會斜升，噪聲密度與頻率成反比，因此將它稱為1/f噪聲。如果沿1/f斜率畫一條直線，與水平噪聲線相交，就可以得到1/f轉(zhuǎn)折頻率。
噪聲計(jì)算
噪聲的加法規(guī)則為噪聲的平方和，假設(shè)噪聲源不相關(guān)，這一假設(shè)在絕大多數(shù)情況下是成立的，噪聲的乘法和除法規(guī)則與一般信號相同。
第一，在噪聲計(jì)算時(shí)，有幾點(diǎn)需要注意：室溫下，1kΩ電阻對應(yīng)于
的噪聲，這一速算公式可以方便地應(yīng)用于其他電阻值，只需乘以電阻的平方根。第二，在對信號源求和時(shí)，可以忽略較小的項(xiàng)。噪聲加法規(guī)則為平方和，如果一個(gè)噪聲信號只有主導(dǎo)噪聲信號的1/5，則其貢獻(xiàn)的額外噪聲只有1/25。
第三點(diǎn)是對第一點(diǎn)的擴(kuò)展，如果第一增益級的增益足夠大，則可以忽略其后的一切噪聲。
低噪聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技巧
低噪聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)竅門是在前級應(yīng)用中盡可能多的增益，圖6顯示的是一個(gè)放大器前端的兩個(gè)例子，增益為10。可以看出，將所有增益應(yīng)用于第一級，比將增益分布于兩級要好得多。請注意，有時(shí)最佳帶寬性能的要求可能與最佳噪聲性能的要求相沖突。對于帶寬，我們希望每個(gè)增益級具有近似的增益，而對于噪聲，我們則希望第一級具有全部的增益。
圖6 放大器前端
第二個(gè)竅門是注意源阻抗。這樣做有兩個(gè)原因：第一，源阻抗越大，則系統(tǒng)噪聲越大；第二，放大器必須與源阻抗匹配良好，如果源阻抗較高，電流噪聲噪聲特性可能比電壓噪聲特性更重要。
第三個(gè)竅門是要注意反饋電阻，如果選擇超低噪聲運(yùn)算放大器，卻使用很大的反饋電阻，則不可能實(shí)現(xiàn)低噪聲電路，在同相（圖7）或反相配置中，注意反饋電阻相當(dāng)于折合到輸出端的噪聲源。而其他電阻則相當(dāng)于輸入端的電壓源，更準(zhǔn)確的說，是反相配置輸入端的電壓源。前文已經(jīng)談到，設(shè)計(jì)低噪聲系統(tǒng)時(shí)，第一級應(yīng)用有高增益，這種情況下Rg噪聲占主導(dǎo)地位。
圖7 同相運(yùn)算放大器的噪聲模型
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