运算放大器的噪声

[11-20 17:32:02]   来源：http://www.88dzw.com  模拟电子技术   阅读：8181次

文章摘要：In=2IqB其中q为电子电荷(16×10 -19 C)。应当注意2Iq为噪声谱密度，即 这种噪声为白噪声。从而告诉我们，简单双极型运算放大器的电流噪声谱密度在Ib=200 nA时大约为250 f A/Hz，而且随温度变化不大，而JFET输入运算放大器的电流噪声谱密度比较 低(在Ib=50 pA时为4 fA/Hz)，并且温度每增加20 °C其噪声谱密度加倍 ，因为温度每增加10 °C其偏置电流加倍。带偏置电流补偿的运算放大器的实际电流噪声比根据其输入电流预测的电流噪声要大得 多 。理由是其净偏置电流是输入偏置电流与补偿电流源之差，而其噪声电流是从这两个噪声电 流的rss和导出的。具有平衡输入

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In=2IqB
其中q为电子电荷(16×10 -19 C)。应当注意2Iq为噪声谱密度，即 这种噪声为白噪声。
从而告诉我们，简单双极型运算放大器的电流噪声谱密度在Ib=200 nA时大约为250 f A/Hz，而且随温度变化不大，而JFET输入运算放大器的电流噪声谱密度比较 低(在Ib=50 pA时为4 fA/Hz)，并且温度每增加20 °C其噪声谱密度加倍 ，因为温度每增加10 °C其偏置电流加倍。
带偏置电流补偿的运算放大器的实际电流噪声比根据其输入电流预测的电流噪声要大得 多 。理由是其净偏置电流是输入偏置电流与补偿电流源之差，而其噪声电流是从这两个噪声电 流的rss和导出的。
具有平衡输入的传统的电压反馈运算放大器，其同相输入与反相输入端的电流噪声总 相等(但不相关)。而电流反馈或跨导运算放大器在两个输入端具有不同的输入结构，所以 其电流噪声也不同。有关这两种运算放大器两个输入端电流噪声的详细情况请参考其产品说 明。
运算放大器的噪声服从高斯分布，在很宽的频带范围内具有恒定的谱密度，或“白”噪 声，但当频率降低时，谱密度以3 dB/倍频程开始上升。这种低频噪声特性称作“1/f噪声 ”，因为这种噪声功率谱密度与频率成反比。它在对数坐标上斜率为-1(噪声电压或电流1/ f频谱密度斜率为-1/2)。-3 dB/倍频程谱密度直线延长线与中频带恒定谱密 度直线的交点所对应的频率称作1/f转折频率(corner frequency)，它是放大器的品质因数 。早期的单片集成运算放大器的1/f在500 Hz以上转折，但当今的运算放器在20～50 Hz转折 是常见的，最好的放大器(例如AD OP27和AD OP37)转折频率低到27 Hz。1/f噪声 对于等比率的频率间隔(如每倍频程或每十倍频程)具有相等的增量。
问：为什么你们不公布噪声系数?
答：放大器的噪声系数(NF)用来表示放大器噪声与源电阻热噪声之比，单位为dB ，可用下式表示：
NF＝20logVn(amp)+Vn(source)Vn(source) 
其中Vn(amp)表示放大器噪声，Vn(source)表示源电阻热噪声。
NF对射频放大器来说是一项很有用的技术指标，一般总是使用相同的源电阻(50或75 Ω )来驱动射频放大器，但当这项指标用于运算放大器时容易引起误解，因为运算放大器在许 多不同应用中其源阻抗(不一定是阻性的)变化范围很宽。

问：源阻抗对噪声有何影响?

答：当温度在绝对零度以上时所有电阻都是噪声源，其噪声随电阻、温度和带宽 的增加而增加(随后我们将讨论基本电阻噪声或热噪声)。电抗不产生噪声，但噪声电流通过 电抗将产生噪声电压。

如果我们从某一个源电阻驱动一个运算放大器，那么等效输入噪声将是该运算放大器 的噪声电压，源电阻产生的噪声电压和放大器的噪声电流In流过源电阻产生的噪声电压的 rss和。如果源电阻很低，那么源电阻产生的噪声电压和放大器的噪声电流通过源电阻产生 的噪声电压对总噪声的贡献不明显。在这种情况下放大器输入端的总噪声只有运算放大器 的电压 噪声起主要作用。

如果源电阻很高，那么源电阻产生的热噪声对运算放大器的电压噪声和由电流噪声引 起的电压噪声都起主要作用。但值得注意的是，由于热噪声只是随电阻的平方根增加，而由 电流噪声引起的噪声电压直接与输入阻抗成正比，所以放大器的电流噪声对于输入阻抗足够 高的情况下总是起主要作用。当放大器的电压噪声和电流噪声都足够高时，则不存在输入电 阻为何值时热噪声起主要作用的问题。 

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图81 热噪声与源电阻的关系 

通过图8.1来说明这一点，上图给出了ADI公司的几种典型运算放大器在某一源电阻范围 内其电压噪声与电流噪声的比较。图中的对角线表示纵坐标热噪声与横坐标源电阻之间的关 系。让我们看一下图中的AD OP27：水平线表示约为3 nV/Hz的电压噪声 对应小于500 Ω的源电阻。可以看出源阻抗减小100 Ω并没有使噪声减小，但源阻抗增加2 kΩ却使噪声增加。AD OP27的垂直线表示，当源电阻大约在100 kΩ以上的情况下，放大 器的电流噪声产生的噪声电压将超过源电阻产生的热噪声，所以电流噪声为主要噪声源。 

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