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运放规格书中的“输入电压噪声”有什么用?如何用它计算运放电路输出端产生的失调电压?

硬件那点事儿 来源:硬件那点事儿 作者:硬件那点事儿 2024-11-27 11:48 次阅读

Part 01

前言

打开运放规格书,你会发现运放规格书中都会定义一个参数:输入电压噪声密度,英文名称是Input Voltage NoiseDensity,这个参数有什么用呢?我们一般会考虑输入失调电流电源电压,共模电压会在运放输出端产生对应的输出失调电压,如果问你噪声会影响运放的输出失调电压吗?你的答案肯定是会,但是如何量化计算噪声的影响呢?那么你可能就未必知道了,今天我们就介绍一下具体的计算方法。

wKgZPGdGluqALvvgAAND214wnMQ955.png

wKgZPGdGluuAJGRCAAI_rXpKp6Q647.png

Part 02

1/f噪声与宽带噪声

对运放影响比较大的噪声主要是低频1/f噪声(它又叫闪烁噪声),和宽带噪声(又叫热噪声或白噪声)。

1. 1/f噪声

1/f噪声主要存在于低频区域,噪声功率谱密度与频率成反比,即1/f。在运放噪声频谱中,1/f噪声通常占据从直流到某一拐点频率(如几十Hz或几百Hz)的部分。在低频信号处理电路中,1/f噪声是主要的噪声干扰因素。

2. 宽带噪声

宽带噪声属于白噪声,其功率谱密度在较宽频率范围内是平坦的。在运放噪声频谱中,宽带噪声是高于1/f噪声拐点频率的部分。

下图是运放的噪声&频率特性曲线,1/f corner是转角频率(fnc),它是1/f噪声与宽带噪声的交点频率。在这个频率点,1/f噪声与宽带噪声的幅度相等,总噪声密度在fnc频率点达到宽带噪声密度的√2倍。

wKgZPGdGluuAT-IcAADQojS2eQI479.png

Part 03

运放输入电压噪声RMS电压计算

1.首先计算转角频率fce:

wKgZPGdGluuAeCAQAAAkx-9lmFM586.png

2.根据转角频率fce计算运放输入电压噪声在输入端产生的电压噪声RMS值:

wKgZPGdGluuAP2mmAAAfPmt5V2Q901.png

wKgZPGdGluuAAnJEAABqnnaX7x0345.png

Part 04

实例分析

比如下图未某运放规格书中给出的输入电压噪声密度的截图,如何根据这个截图通过上面的介绍的公式计算输入噪声电压RMS值呢?

wKgZPGdGluuASt3MAACATCMA8mw883.png

1.计算转角频率:

其中fx=1kHz,enf(fx)=5.5nV√Hz,enw=4.2nV√Hz,带入上面的公式可以计算得到转角频率:715Hz

2.计算运放输入端产生的电压噪声RMS值: 其中enw=4.2nV√Hz,fce=715Hz,fH=30KHz,fL=10Hz,n≈1,带入即可计算得到运放输入端产生的电压噪声RMS值,然后我们基于电路的放大倍数乘以输入端产生的电压噪声RMS值即可得到输出端的电压噪声RMS值,进而评估运放输入端产生的电压噪声RMS值对运放输出的影响。

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