以之前对电阻噪声的评论为根底,这次让咱们一同学习扩大器噪声的一些基本知识。关于低噪声使用来讲,同相扩大电路是最常见的,因而咱们将首要讨论同相运算扩大器。 如图1所示,将输入源等效为一个电压源与一个电阻串联,咱们知道源电阻RS的噪声与其电阻平方根值是成正比例联系的(如图2中的直线所示)。低噪声扩大器的规划方针是在电阻引进噪声的根底上,尽或许少地引进运放附加的噪声。
如图1所示,扩大器噪声的等效模型为在一个输入端串联一个电压噪声,一起在两头别离衔接一个电流噪声源。把电压噪声看作失调电压的时变元件。相同,电流噪声是输入偏置电流的时变元件,在每个输入端各有一个。因为咱们总能将反相输入端的电流噪声值降到最低,因而咱们将疏忽它。
图2给出了BJT做为输入级的OPA209 和JFET做为输入级的OPA140 这两个运算扩大器电路的总输入参阅噪声的曲线。在25°C的时分,两条曲线均与源电阻的噪声成比例联系。对每个运算扩大器而言,都经过平方和的均方根的办法来对三种噪声源进行了一个求和。你或许会在某些运算扩大器的数据手册上看到这样的图形。
当源电阻阻值减小时,它的约翰逊噪声随之减小(由阻值平方根值的倒数决议),在必定程度上,扩大器的噪声电压将起到主导作用。总的噪声将等于扩大器的电压噪声。当源电阻阻值添加时,流过源电阻的电流噪声将线性添加,并且会添加很快且最终会超越源电阻的噪声。因而当源电阻阻值很高时,电流噪声将会起主导作用。
当源电阻值为2kΩ或许更低时,低噪声扩大器的规划会遇到最大的应战。较低的源电阻噪声就要求扩大器有很低的噪声电压。双极性(BJT输入)扩大器一般在这方面比较拿手。还需留意的是,如图2所示,在一个最佳方位, OPA209的总噪声与源电阻噪声简直持平。源阻最佳噪声功能发生在RS=VN/IN。
当源电阻阻值大约为20kΩ时,FET输入的扩大器简直不会引进任何的额定噪声。只有当源电阻阻值到达几个GΩ的时分,FET运算扩大器的电流噪声才会发生影响。能够遵从以下原则:当源电阻阻值小于10kΩ时,低噪声的BJT扩大器会发生较低的噪声。当源电阻阻值大于10kΩ时,FET或许CMOS的运算扩大器才会或许会有优势。
反应网络中的R1和R2也会发生必定的噪声,但一般情况下是能够疏忽的。当R1和R2的并联值小于或许等于R值的十分之一时,它们将只是使总噪声的值发生小于10%(1dB) 的增量。不管这些S电阻的比值是多少,这都会是个现实。在图2中,反应网络中元件的噪声被设定为零。
当然,还有许多需求了解的,如想了解更多,我引荐我的搭档Art Kay写的一本书“Operational Amplifier Noise: Techniques and Tips for Analyzing and Reducing Noise”。
思考点:OPA140 在10kΩ 之上有一个非常宽的电阻规模,在这个规模之内,噪声功能很好。是否存在一种办法能够使得较低的源电阻值能够到达相同的作用?