本文不是研究運放的噪聲理論,TI的資深應(yīng)用經(jīng)理Art Kay已經(jīng)寫過一系列的文章來分析運放的噪聲,相信大多數(shù)模擬電路工程師都讀過。這一系列文章已經(jīng)發(fā)表在http://www.analogzone.com網(wǎng)站上。國內(nèi)還有工程師把它翻譯成中文。名稱為“運算放大器電路固有噪聲的分析與測量(TI合集).pdf”。感興趣的話可以下載下來讀一下。
今天主要從自上而下的角度分析一下運放電路的噪聲組成,計算時幾個主意要點和繁索的地方、最主要的是提供給大家一個方便的計算小工具,很好用,讓噪聲計算變的簡單。
運放構(gòu)成的反向放大電路中,噪聲主要來源于三個方面
(1) 運放的輸入噪聲電壓en(在datasheet中有數(shù)據(jù)和曲線)
(2) 運放的輸入電流噪聲in(在datasheet中同樣可以找到數(shù)據(jù)和曲線)。這需要流過電阻后轉(zhuǎn)化為電壓噪聲。
(3) 設(shè)置放大倍數(shù)的電阻R1和Rf的熱噪聲,也就是可以通過經(jīng)典公式算出來的。Noise =√(4kTKRΔf)。這是不可避免的。很多情況下會成為主要噪聲來源。
運放噪聲的計算就是將這三個值一一求出來,由于這些噪聲是不相關(guān)的。它們的矢量和即為運放的總輸入噪聲。再乘上噪聲增益就可以得到輸出端噪聲,公式如下??此坪唵螌崉t很麻煩。
我們將計算得來和輸入總噪聲加到理想運放的正輸入端,就得到了運放的噪聲模型。注意,是正輸入端哦,因此不管同向放大電路,還是反向放大電路對噪聲的增益均為G=1+Rf/R1。我們可以簡單理解為噪聲是疊加到運放輸入端的一個信號。如下圖
上面說了一個重要問題,運放的噪聲增益。還要一個重要問題,運放的噪聲帶寬,datasheet中給出的運放噪聲參數(shù)一般為譜密度值如1.1nV√Hz。也就是說,需要對它在噪聲帶寬中進行積分才可以得到噪聲的RMS電壓值。噪聲帶寬不同于信號的-3dB帶寬。確切的說是Brickwall 濾波器的帶寬。簡單說,就是把實際的濾波器響應(yīng)曲線,在保證包含面積不變時轉(zhuǎn)化成理像低通濾波器時的帶寬。好在我們可以查表得到,N階濾波器的-3dB帶寬與Brickwall 濾波器的帶寬換算系數(shù)。如下表
Number of Poles in Filter |
Kn AC Noise Bandwidth Ratio |
1 |
1.57 |
2 |
1.22 |
3 |
1.16 |
4 |
1.13 |
5 |
1.12 |