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运放噪声—同相放大电路

2017年04月08日 08:41 次阅读

翻译: TI信号链工程师 David Zhao (赵大伟)

以之前对电阻噪声的讨论为基础,这次让我们一起学习放大器噪声的一些基本知识。对于低噪声应用来讲,同相放大电路是最常见的,因此我们将主要探讨同相运算放大器。 如图1所示,将输入源等效为一个电压源与一个电阻串联,我们知道源电阻RS的噪声与其电阻平方根值是成正比例关系的(如图2中的直线所示)。低噪声放大器的设计目标是在电阻引入噪声的基础上,尽可能少地引入运放附加的噪声。

 

运放噪声—同相放大电路

 

如图1所示,放大器噪声的等效模型为在一个输入端串联一个电压噪声,同时在两端分别连接一个电流噪声源。把电压噪声看作失调电压的时变元件。同样,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。由于我们总能将反相输入端的电流噪声值降到最低,因此我们将忽略它。

图2给出了BJT做为输入级的OPA209和JFET做为输入级的OPA140这两个运算放大器电路的总输入参考噪声的曲线。在25°C的时候,两条曲线均与源电阻的噪声成比例关系。对每个运算放大器而言,都通过平方和的均方根的方式来对三种噪声源进行了一个求和。你也许会在某些运算放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定),在一定程度上,放大器的噪声电压将起到主导作用。总的噪声将等于放大器的电压噪声。当源电阻阻值增加时,流过源电阻的电流噪声将线性增加,而且会增加很快且最终会超过源电阻的噪声。因此当源电阻阻值很高时,电流噪声将会起主导作用。

 

运放噪声—同相放大电路

 

当源电阻值为2kΩ或者更低时,低噪声放大器的设计会遇到最大的挑战。较低的源电阻噪声就要求放大器有很低的噪声电压。双极性(BJT输入)放大器通常在这方面比较擅长。还需注意的是,如图2所示,在一个最佳位置, OPA209的总噪声与源电阻噪声几乎相等。源阻最佳噪声性能发生在RS=VN/IN。

当源电阻阻值大约为20kΩ时,FET输入的放大器几乎不会引入任何的额外噪声。只有当源电阻阻值达到几个GΩ的时候,FET运算放大器的电流噪声才会产生影响。可以遵循以下准则:当源电阻阻值小于10kΩ时,低噪声的BJT放大器会产生较低的噪声。当源电阻阻值大于10kΩ时,FET或者CMOS的运算放大器才会可能会有优势。

反馈网络中的R1和R2也会产生一定的噪声,但通常情况下是可以忽略的。当R1和R2的并联值小于或者等于RS值的十分之一时,它们将仅仅使总噪声的值产生小于10% (<1dB) 的增量。无论这些电阻的比值是多少,这都会是个事实。在图2中,反馈网络中元件的噪声被设定为零。

当然,还有很多需要了解的,如想了解更多,我推荐我的同事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范围,在这个范围之内,噪声性能很好。是否存在一种方法可以使得较低的源电阻值可以达到同样的效果?

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在DUT 到量测仪器之间的路径上,有许多个点都会出现这些因素的取捨时机,本文建议了一个考量这些取捨因...

发表于 2018-01-13 09:39 830次阅读
分享六大秘诀来克服RF信号路径上常会碰到的问题

简要介绍广播音响系统组成的10种设备类型

1、协调器 (1)灵敏度。以功率为参考点,灵敏度的数值越低,效果越好。 (2)50dB静...

发表于 2018-01-12 17:24 1388次阅读
简要介绍广播音响系统组成的10种设备类型

变压器声源分析以及不正常的噪声产生原因和解决方案

具体说来,变压器共有三个声源。一是铁心,二是绕组,三是冷却器,即空载、负载和冷却系统引起的噪声之和。...

发表于 2018-01-12 16:23 1022次阅读
变压器声源分析以及不正常的噪声产生原因和解决方案

利用多级滤波器来消除开关电源转换器的输出噪声

开关电源几乎用于所有电子设备中。它们由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值。但是,它们最大的缺点...

发表于 2018-01-10 09:45 784次阅读
利用多级滤波器来消除开关电源转换器的输出噪声

精密数据采集信号链的噪声分析,深入研究信号链的总...

在很多应用中,模拟前端接收单端或差分信号,并执行所需的增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换,之后在满量程...

发表于 2018-01-08 09:09 2347次阅读
精密数据采集信号链的噪声分析,深入研究信号链的总...

谐振放大器的稳定性及提高稳定性措施

谐振放大器的稳定性跟稳定系数s有关,提高其稳定性措施有中和法和失配法两种。

发表于 2018-01-04 14:05 319次阅读
谐振放大器的稳定性及提高稳定性措施

GaN放大器功率、带宽和效率高于同类产品

电信行业不断需要更高的数据速率,工业系统不断需要更高的分辨率,这助推了满足这些需求的电子设备工作频率...

发表于 2017-12-22 16:05 1851次阅读
GaN放大器功率、带宽和效率高于同类产品

几款经典的BMS系统方案图

电池管理系统(BMS)是一个本世纪才诞生的新产品,因为电化学反应的难以控制和材料在这个过程中性能变化...

发表于 2017-12-20 16:20 3803次阅读
几款经典的BMS系统方案图

中国教育部新工科建设计划为TI带来新的发展机会

随着校企合作的逐年推进和经验积累,2017年中国教育部又正式提出了新工科建设计划,旨在推动中国工科院...

发表于 2017-12-18 13:00 1970次阅读
中国教育部新工科建设计划为TI带来新的发展机会

无线开发出了面向小功率无线设备的20mW功率放大...

日前,市场销售的部分特定小功率无线设备用IC虽然也配备了内置式发送器功率放大器,但由于这些产品存在输...

发表于 2017-12-13 16:01 139次阅读
无线开发出了面向小功率无线设备的20mW功率放大...

TI推出最新OMAP-Vox手机单芯片平台解决方...

TI 在北京举行的无线通信高峰会上宣布推出一款全新 OMAP-Vox 单芯片解决方案 -eCosto...

发表于 2017-12-13 15:50 119次阅读
TI推出最新OMAP-Vox手机单芯片平台解决方...

TI宣布高性能全差动放大器-THS4520

TI宣布高性能全差动放大器系列产品又增新成员--THS4520,是可用于驱动高分辨率的高速 ADC的...

发表于 2017-12-13 15:46 174次阅读
TI宣布高性能全差动放大器-THS4520

射频放大器的数字预失真技术测量分析

随着数字预失真技术的深入应用,相应的数字预失真芯片也已经投入市场,用这些芯片可以构造出能实时监控输出...

发表于 2017-12-13 15:38 233次阅读
射频放大器的数字预失真技术测量分析

放大器的五大分类简述

A类(甲类)放大器,是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。 这种放大器,由于避免了器件开关所产...

发表于 2017-12-13 12:25 141次阅读
放大器的五大分类简述

增益可调和电路的匹配特性分析及研究

低噪声放大器(Low-noise Amplifier,简称LNA)是处于接收机最前端的关键部件,广泛...

发表于 2017-12-13 06:47 219次阅读
增益可调和电路的匹配特性分析及研究

基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设...

大功率宽频带线性射频放大器模块广泛应用于电子对抗、雷达、探测等重要的通讯系统中,其宽频带、大功率的产...

发表于 2017-12-13 05:39 241次阅读
基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设...

基于EDA工具的新的手机调制方案设计

基站和手机中的RF放大器都需要具有高线性度和高效率。通过采用一些聪明的技巧,设计师可以兼顾这两个互斥...

发表于 2017-12-13 02:00 175次阅读
基于EDA工具的新的手机调制方案设计

CDMA低噪声放大器设计关键问题及解决措施

移动通信技术是现代通信技术和计算机技术高度发展和相互结合的产物。随着数字化信息技术的广泛应用,现代通...

发表于 2017-12-12 19:55 118次阅读
CDMA低噪声放大器设计关键问题及解决措施

智能电表外置微型断路器方案设计

作者:美国德州仪器公司华东区工程师 Johnny Guo, Daniel Fang, Martin ...

发表于 2017-12-12 11:15 3713次阅读
智能电表外置微型断路器方案设计

基于ATF-54143的GPS接收机低噪声放大器...

低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)广泛应用于射电天文、卫星接收、雷达通信...

发表于 2017-12-11 20:32 170次阅读
基于ATF-54143的GPS接收机低噪声放大器...