单极点系统中运放总输出噪声的计算

时间:2023-06-30

  当噪声低于三分之一至五分之一的大噪声源时,这样的噪声源都可以忽略,因为它导致的误差会非常小。此时,两个噪声电压必须在电路内的同一点测量。要分析运算放大器电路的噪声性能,必须评估电路每一部分的噪声贡献,并确定以哪些噪声为主。为了简化后续计算,可以用噪声频谱密度来代替实际电压,从而将带宽排除在计算公式之外(噪声频谱密度一般用nV/√Hz表示,相当于1 Hz带宽中的噪声)。

  如果考虑中的电路--由一个运算放大器和三个电阻组成的放大电路(R3代表节点A处的源阻抗),可以发现六个独立噪声源:三个电阻的约翰逊噪声、运算放大器电压噪声

  和运算放大器各输入端的电流噪声。每个噪声源都会贡献一定的放大器输出端噪声。噪声一般用RTI来规定,或折合到输入端,但计算折合到输出端(RTO)噪声往往更容易,然后

  将其除以放大器的噪声增益(非信号增益)便得到RTI噪声。


  详细分析了中的各噪声源如何反映到运算放大器输出端。有关反相输入端的电流噪声效应,还需要进一步讨论。此电流IIN–不会按预期流入R1--放大器周围的负反馈可保持反相输入端的电位不变,因此从该引脚流出的电流在负反馈强制作用下仅能流入R2,从而产生IN– R2输出端电压。也可以考虑由流入R1和R2并联组合的IN–产生电压,然后通过放大器的噪声增益放大,但结果是一样的,计算反而更复杂。


  请注意,与三个电阻相关的约翰逊噪声电压已包括在表达式中。所有电阻的约翰逊噪声为√(4kTBR),其中k是玻尔兹曼常数(1.38×10–23 J/K),T是温度,B是带宽(单位为Hz),R是电阻(单位为Ω)。一个很容易记住的简单关系是:1000Ω电阻在25℃时产生的约翰逊噪声为4 nV/√Hz.

  以上分析假设是单极点系统,其中反馈网络为纯阻性,且噪声增益与频率关系曲线平坦。此情况适用于大多数应用,但如果反馈网络包含电抗元件(通常为电容),则噪声增益在目

  标带宽内不恒定,必须使用更复杂的技术来计算总噪声。

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