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运放噪声——反馈会有什么影响呢?

2020-04-03 Bruce Trump 资深模拟工程师 阅读:
在之前的系列文章中,我们研究了同相放大器的噪声,但是我忽略了反馈网络带来的噪声问题。一位读者向我提出疑问,并希望得到更多详细信息。那么,在图1中R1和R2带来的噪声是多少呢?

在之前的系列文章中,我们研究了同相放大器的噪声:《运放噪声——同相放大电路》,但是我忽略了反馈网络带来的噪声问题。一位读者向我提出疑问,并希望得到更多详细信息。那么,在图1中R1和R2带来的噪声是多少呢?Vl4ednc

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反相输入端带来的噪声包含反馈电阻的热噪声和运放的电流噪声在反馈电阻上引起的电压噪声。这些噪声源在输出端带来的噪声可以使用下列几个运放最基本的知识来估计:Vl4ednc

  • R1的热噪声电压通过电路的反相增益-R2/R1放大到输出端。
  • R2带来的热噪声直接输出到运放的输出端。
  • 反相输入端的电流噪声流过R2,在运放的输出端带来IN*R2的噪声。

这些噪声源是不相关的,所以它们可以平方根的方式求和。Vl4ednc

但是有更直观的方法来看待这个问题。如果这些噪声源都是在运放的同相输入端将会非常方便。输出噪声除以同相放大增益,这种归类到输入端(RTI)的方法可以方便地比较噪声源和输入信号。Vl4ednc

反相输入端的噪声与R1和R2的并联值有关。当归类到同相输入端时, R1和R2叠加起来的热噪声归类到输入端(RTI)噪声等于R1和R2并联电阻的热噪声。反相输入端的电流RTI噪声等于IIN*(R1||R2)。这些都与R1||R2相关。Vl4ednc

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这个结果揭示了一个重要的低噪声设计因素。使(R1||R2)<<RS, R1和R2的RTI噪声可以忽略。如果(R1||R2)等于RS,反馈网络带来的噪声与信号源输出阻抗的噪声相同。对于一些设计来说,这个噪声可能太大了。Vl4ednc

在高增益时,可以很容易地得到较低的并联电阻。R1可以远小于RS且R2可以很大。在中等增益时,要得到较低的并联电阻变得较难。增益为2(R1等于R2时)是最差的情况。举个例子,如果你希望得到100欧姆的并联电阻,R1和R2需要为200欧姆。Vl4ednc

反馈网络给运放带来了一个400欧姆的负载,在大多数情况下,这个负载电阻值太小了。当R1大而R2小的时候,可以比较容易地让增益接近1。这种情况并不多见,因为你通常希望在低噪声的第一级得到较大的增益。Vl4ednc

注意一个常见问题,R2变大时,输出噪声并没有增加。如果通过增加R2,减小R1来得到更高的增益,此时并联电阻不变,噪声将会保持不变。Vl4ednc

你可以下载一个Excel文件来估算这种普遍在运放输入级存在的噪声,包括运放和信号源阻抗噪声。它能够估算出每个噪声源所占的比列并且画出在一定信号源阻抗范围内的总噪声曲线,还能计算出由运放电路噪声叠加到信号源热噪声上而产生的噪声系数(dB)。这是个运放噪声性能分析的便利工具。利用这种方工具不断修改你的电路,你将很快地找到存在的问题并且做一些权衡。Vl4ednc

阅读原文,请访问:EDN.comVl4ednc

查看更多请点击:《看一个TI老工程师如何驯服精密放大器Vl4ednc

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