處理放大器一百問之四
噪聲是電子設計中必須處理等信號之一,我們都知道放大器的噪聲有兩種類型:一種是外部噪聲,來源于放大器外部;另一種是內部噪聲,來源于器件本身,處理放大器的噪聲對于提升電子產品的性能至關重要,這里我們以問答形式對放大器噪聲原理進行闡述,并闡述一些如何處理放大器噪聲等實用技巧。
Q4[問:] 可否詳細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:一種是電壓噪聲(VX),另一種是電流噪聲(IX)。在實際電路中,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。
電壓噪聲規格在數據手冊中,通常以兩種方式表示,分別是
查看數據手冊中的噪聲特性時,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,對于運算放大器數據手冊,這幾乎是默認的習慣算法。但對于其他類型的固定增益放大器(如差動放大器),噪聲可能被折合到輸出端。請注意,這種輸入噪聲會被放大器放大。例如,對于同相增益為10的放大器,輸出端的噪聲將是指標中給出的噪聲的10倍。一些電路配置的噪聲增益可能大于信號增益,反相配置就是一個很好的例子。信號增益為-1的反相配置,其噪聲增益實際上為2。為了確定實際噪聲增益,請將所有外部電壓源短路,同時可以將噪聲放大器的RTI噪聲看做出現在放大器正輸入端的噪聲,如果以這一假設分析電路,應當能夠確定噪聲所接受的增益。
儀表放大器的噪聲特性與運算放大器稍有不同,對于運算放大器,所有內部晶體管噪聲都可以折合到輸入端,換言之,所有噪聲源都會按增益比例縮放。儀表放大器則不然,電路中的一些噪聲會按增益比例進行縮放,其他噪聲則與增益無關,這里與增益噪聲相關的噪聲量顯示為eNI,與增益無關的噪聲量顯示為eNO。數據手冊中有二者關系公式。
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,產生電壓噪聲。譬如,大多數源電壓具有一定的電阻。畢竟,將高阻抗信號源轉換為低阻抗信號源是使用運算放大器的原因之一。電流噪聲流經與放大器相連的電阻,產生電壓噪聲。一般來說,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,運算放大器的電流噪聲會與信號源電阻相互作用,在輸出端產生一定的額外噪聲。圖3顯示反饋路徑中的電阻如何與電流噪聲相互作用,電流噪聲流經反饋電阻的并聯組合,在輸入端產生一個額外噪聲源,然后此噪聲源經放大器放大到達輸出端。
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