运算放大器噪声关系1f噪声均方根(RMS)噪声与等效噪声带宽

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运算放大器电路固有噪声的分析与测量(三)

运算放大器电路固有噪声的分析与测量(三)

运算放大器电路固有噪声的分析与测量(三):电阻噪声与计算示例在第二部分中,我们给出了将产品说明书上噪声频谱密度曲线转换为运算放大器噪声源模型的方法。

在本部分中,我们将了解如何用该模型计算简单运算放大器电路的总输出噪声。

总噪声参考输入(RTI) 包含运算放大器电压源的噪声、运算放大器电流源的噪声以及电阻噪声等。

上述噪声源相加,再乘以运算放大器的噪声增益,即可得出输出噪声。

图3.1 显示了不同噪声源及各噪声源相加再乘以噪声增益后的情况。

图 3.1:噪声源相结合噪声增益是指运算放大器电路对总噪声参考输入(RTI) 的增益。

在某些情况下,这与信号增益并不相同。

图 3.2 给出的实例显示了信号增益(1)与噪声增益(2)不同的情况。

Vn 信号源是指不同噪声源的噪声影响。

请注意,通常在工程设计中,我们会在非反向输入端将所有噪声源结合为单个的噪声源。

我们的最终目标是计算出运算放大器电路的噪声参考输出(RTO)。

图 3.2:噪声增益与信号增益。

方程式 3.1:简单运算放大器电路的噪声增益在上一篇文章中,我们了解到如何计算电压噪声输入,不过我们如何将电流噪声源转换为电压噪声源呢?一种办法就是对每个电流源进行独立的节点分析,并用叠加法将结果求和。

这时我们要注意,要用和的平方根(RSS) 对每个电流源的结果进行求和。

通过方程式 3.2 和 3.3,我们可将简单运算放大器电路的电流噪声转换为等效电压噪声源。

图 3.3 给出了有关图示。

附录 3.1 给出了该电路的整个演算过程。

方程式 3.2与3.3:将简单运算放大器的电流噪声转换为电压噪声(RTI)图 3.3:将电流噪声转换为电压噪声(等效电路)。

我们还必须考虑的另一因素是运算放大器电路中电阻器的热电压噪声。

我们可用节点分析法来独立分析电压源。

我们可用叠加法与RSS 添加法将结果相结合。

通过方程式 3.4 与3.5,我们可将所有热噪声源相结合,从而得到单个的噪声源参考输入。

运放的噪声特性和放大电路的噪声分析

运放的噪声特性和放大电路的噪声分析

也只规定 了 电压 噪声 的参 数 作 为电压性 噪声 的参数在数
21年 第1 期 <6 00 1 、 ◇
域.分别用下面的方法换算成有效值。然后再用两个有效
值的平方 和开平 方根 的方法 求 出总噪声 。
lN = . / O 1 2 、 9x 0 2  ̄ s2 、 l5 = . /9 1 2 - 2
E ̄ Gn・ o = Vn
五 、 目标 信 噪 比特 性 的噪 声 电平
表2 相对 于基 准信 号 电平 1r s Vm 一般 的线 是 V m 和2 r s(
路输出电平)在达到一定 的信噪比 (N )时,信噪比与 SR
噪声 电压 有效值 之间 的对应关 系 由表 中的数值 可知 .希 望得到 的信噪 比的数值 不同 .要求 的输入 端噪声 电压有效 值 的数值 也完 全 不 同。例 如以2 r s Vm 的信 号为例 .信 噪 比 为10 B 的噪声 电压容许 值2 1 rs 0d 时 0 V m 在S = 2d  ̄样 x / 10 B l N i 的超低噪 声特性 时噪声 电压 的容许 值为2 Vm 1 rs  ̄ 对 于一般 的音 频用运 算放 大器 来说 .要 实现 10 B 0d 的
运放的噪声特性和放大电路的噪声分析
口张
运算 放 大 器集 成 电路 是 在模 拟 电路 中 .包 括音 频 应
用 电路 在 内应 用最 为广 泛 、普及 度很 高的放 大器件 由于

据表 中有两种 表示方 法 ,一种 是噪声 频谱密 度 .另一种 是 噪声 有效 值 表 1 是集 成运 算放 大 器噪声 参数 的表 示方 法 的例 子 。在 该 表 中对 噪 声频 谱 密 度 和噪 声有 效 电压 都 同 时做 了规 定 。但 是对 于 一些 不针 对音 频应 用 的型号来 说 . 有的并不 规定 噪声有效 值 只给出噪声 频谱密 度

《等效噪声带宽》课件

《等效噪声带宽》课件
物联网领域
物联网技术的发展将推动等效噪声带宽在智能感知、通信和 数据处理方面的应用,从而进一步降低等效噪声带宽。
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利用功率谱密度函数计算
功率谱密度函数描述了信号的功率随 频率的变化情况,可以通过计算功率 谱密度函数的值得到等效噪声带宽。
该方法适用于周期信号和非周期信号 ,但需要知道信号的功率谱密度函数 。
具体计算方法为:先计算信号的功率 谱密度函数,然后对功率谱密度函数 侵入系统。
02
外部环境噪声对等效噪声带宽的影响
外部环境噪声会叠加到信号上,增加信号的波动,从而影响等效噪声带
宽的大小。
03
降低外部环境噪声的方法
采用电磁屏蔽、隔离等措施可以有效降低外部环境噪声对系统的影响。
信号处理算法
信号处理算法对等效噪声带宽的影响
信号处理算法的复杂度、运算量以及运算精度等因素都会影响等效噪声带宽的大小。
03
等效噪声带宽的计算方法
利用频谱密度函数计算
频谱密度函数描述了信号在不同 频率下的能量分布,可以通过积 分频谱密度函数得到等效噪声带
宽。
具体计算方法为:先计算信号的 频谱密度函数,然后对频谱密度 函数进行积分,得到等效噪声带
宽。
该方法适用于周期信号和非周期 信号,但需要知道信号的频谱密
度函数。
环境噪声采集与处理
通过采集外部环境噪声,并对其进行处理,降低对系统内部的影 响。
改进信号处理算法
01
02
03
优化信号采集算法
改进信号采集过程中的算 法,提高信号质量,降低 噪声对信号的影响。
增强信号特征提取
通过算法优化,提高信号 特征提取的准确性和可靠 性,降低噪声干扰。

第二讲放大器的噪声源及噪声特性

第二讲放大器的噪声源及噪声特性

S f ( f ) K1
Ia f
f ,
(V 2 / Hz )
1/f 噪声图
• 1/f 噪声的噪声谱如下图所示。
在f1和f2频率间, 1/f 噪声的功率为:
Pf
f2 f1
S
f
(
f
)df
K0 ln( f2 /
f1)
• 在晶体管中, 1/f 噪声是由于载流子在半导 体表面能态上产生与复合而引起的;
NF(dB) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
NF
1.023 1.047 1.072 1.096 1.122 1.148 1.175 1.202 1.230 1.259
Te(K) 6.825 13.81 20.96 28.27 35.75 43.41 51.24 59.26 67.47 75.87 NF(dB) 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 10
En2i

En2s

En2

I
2 n
Rs2
•采用In与En模型,在计算Eni时,仅考虑放大
器前的电路,与放大器参数无关。
•特别是放大器的输入阻抗不出现在Eni表达式
中,为噪声测试提供了方便。
• ②噪声匹配——最小噪声系数
当信号源电阻等于最佳源电阻时,可以获得最小 噪声系数——噪声匹配。
• 写出噪声系数F的表达式;
• 一个电阻R上的热噪声均方值表示为 2
et 4kTRf (Nyquist 公式)
热噪声功率谱密度为:
2
St (
f
)

et f
4kTR
(V2/Hz)

多级放大器级联的噪声系数公式

多级放大器级联的噪声系数公式

多级放大器级联的噪声系数公式多级放大器是指由多个级联的放大器组成的放大电路。

在多级放大器中,每个级别的放大器都会引入一定的噪声。

噪声是电子设备中不可避免的现象,它会影响信号的质量和清晰度。

因此,对于多级放大器级联的噪声系数进行分析和计算是非常重要的。

噪声系数是衡量多级放大器噪声性能的指标之一。

它定义为输出信号与输入信号的信噪比之比。

噪声系数越小,表示多级放大器的噪声性能越好。

对于级联的放大器,每个级别的噪声系数可以通过以下公式计算:F = F1 + (F2-1)/G1 + (F3-1)/(G1*G2) + ... + (Fn-1)/(G1*G2*...*Gn-2)其中,F1、F2、F3...Fn-1分别表示每个级别的噪声系数,G1、G2、G3...Gn-2表示每个级别的增益。

以上公式可以推导得到。

首先,我们知道每个级别的噪声系数是输出噪声和输入噪声的比值。

对于第一个级别,输出噪声等于输入噪声乘以增益。

对于第二个级别,输出噪声等于输入噪声乘以第一个级别的增益再加上第二个级别自身的噪声。

以此类推,可以得到以上公式。

根据以上公式,我们可以看出,多级放大器的噪声系数是随着级数的增加而增加的。

这是因为每个级别的放大器都会引入一定的噪声,而级数越多,噪声也会累积增加。

为了降低多级放大器的噪声系数,可以采取一些措施。

首先,选择低噪声的放大器作为每个级别的放大器。

这样可以减小每个级别的噪声。

其次,可以增加级数,但是要注意级数过多可能会引入其他问题,如稳定性等。

最后,可以采用反馈技术来降低噪声系数。

反馈可以将一部分输出信号返回到输入端,从而减小噪声。

除了噪声系数,还有其他衡量多级放大器噪声性能的指标,如等效输入噪声温度和噪声功率。

等效输入噪声温度是指将多级放大器的噪声转化为等效的输入噪声温度,它可以通过以下公式计算:Teq = (T1 + (T2-290)/G1 + (T3-290)/(G1*G2) + ... + (Tn-290)/(G1*G2*...*Gn-2)) * 290其中,T1、T2、T3...Tn-1分别表示每个级别的噪声温度,G1、G2、G3...Gn-2表示每个级别的增益,290表示常温的绝对温度。

噪声系数和f的关系公式

噪声系数和f的关系公式

噪声系数和f的关系公式噪声系数,听上去挺高深的吧?其实呢,说白了它就是一个衡量放大器在处理信号时,加入了多少噪声的指标。

简单来说,噪声系数越高,信号中就越“杂”,也就是说你听到的东西就会越嘈杂,像是把你喜欢的歌放在一个吵得要命的市场里。

要是噪声系数低,那就像是在一个安静的图书馆里听歌,既干净又清晰。

好啦,今天我们就来聊聊噪声系数是怎么和频率f发生关系的。

你知道吗,噪声系数其实跟频率f有着千丝万缕的联系。

咋说呢?噪声系数不光是看放大器好不好,它还得看你使用的频率是多少。

就像你在不同的温度下穿衣服,外面天凉了就得穿个厚外套,天热了就轻装上阵一样。

频率高了,噪声系数也会跟着蹭蹭往上涨,频率低了,噪声系数倒是能稍微平稳些。

所以,如果你要用一个低噪声放大器来处理高频信号,那可得小心了。

这个噪声系数,像个“隐形的敌人”,不见摸不到,但却总是悄悄影响着你的信号质量。

大家可能会想,噪声系数到底和频率f之间是个什么关系呢?其实吧,这关系真不复杂,基本上是随着频率的增加,噪声系数逐渐升高。

你想,频率一高,放大器的工作压力也就大了,噪声也随之增多。

这就像你开车,跑得越快,风阻越大,声音也就越嘈杂。

所以,频率f和噪声系数的关系,可以简单记成“随着频率的增加,噪声系数越来越大”这条基本定律,虽然中间有点小波动,但大体上是这么回事。

不过话说回来,这个“增大”可不是说噪声系数会一直爆炸涨上去。

它有个特点,就是在某些频率范围内,噪声系数的增长速度会变得越来越慢。

就好比你跑步,刚开始的时候,身体会很快累,呼吸急促,等你跑一段时间后,身体适应了,反而能跑得比较稳。

这其实就像噪声系数在某些频率上,会先快速上升,然后再慢慢平稳。

要说最有意思的地方,其实是噪声系数和频率f的某些特定范围,它们的关系常常受到不同电子元件的影响。

比如说,晶体管、真空管这些东西,它们在高频段的表现就不一样。

在高频的时候,某些元件的噪声特性会明显变化,噪声系数也就跟着变得不一样。

运算放大器电路的噪声分析和设计

运算放大器电路的噪声分析和设计

运算放大器电路的噪声分析和设计赵俊俊【摘要】本文将运算放大器的设计原理做了一个详细的分析,并且将生活中常见的一些电路图的设计做了计算与分析.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2018(000)016【总页数】2页(P62-63)【关键词】运算放大器;电路图;噪声;设计原理【作者】赵俊俊【作者单位】第七一五研究所,浙江杭州,311101【正文语种】中文1 反相放大电路的噪声分析1.1 总输入噪声谱密度计算在传统的运算放大器中,其中噪音主要由三个等级的来表示,主要是谱密度为e。

的电压源,还有谱密度为K的电流源以及同中类型的谱密度为0的电流源,并且,在一定的特殊情况中,电路图中的电阻也会产生一些比较低的噪音。

而在这四种噪音的效果叠加的基础上,在与放大器的噪声增幅度相乘就可以算出反放大器电路图中的总噪音。

在这里反相放大电路,噪声增幅度为:散粒噪声通常定义为这个平均值变化量的均方值,记为∶电压噪声源或电流噪声源的均方值分别记为∶其中,露为波尔兹曼常数,r为绝对温度,Af 为噪声带宽。

将上述各项相加可得总输入噪声谱密度为1.2 总输出噪声计算噪声的有效值与噪声谱密度关系为∶对于运算放大器,其噪声是由白噪声和噪声叠加而成的网。

高频部分与低频部分起到作用的分别是白噪声与噪声。

2 低噪声运放放大电路的设计原则首先,我们分析输入噪声谱密度的各个组成部分对最终结果的影响,具有对称输入端和不相关噪声电流的运算放大器,为了便于计算,取R2=R3,则公式化简为放输入频谱噪声e及它的三个单独分量关于的函数曲线。

观察发现,电压噪声项e 与R无关,电流噪声项随着的增加以1.0dec/dec的速率增加,R的增加以0.5dec/dec的速率增加。

当R值足够小时,电压噪声起主要作用,R值足够大时,电流噪声起主要作用,尺值居中时,热噪声也会起作用,取决于相对于其他两相的幅度。

热噪声在A点超过电压噪声,电流噪声在日点超过电压噪声,电流噪声在C点超过热声。

运算放大器总输出噪声计算

运算放大器总输出噪声计算
MT-049 指南
单极点系统的运算放大器总输出噪声计算
我们已经指出,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)。 如果考虑下图1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。
NOISE SOURCE EXPRESSED AS A VOLTAGE Johnson noise in R3: √(4kTR3) Non-inverting input current noise flowing in R3: IN+R3 Input voltage noise: VN Johnson noise in R1: √(4kTR1) Johnson noise in R2: √(4kTR2) Inverting input current noise flowing in R2: IN–R2 MULTIPLY BY THIS FACTOR TO REFER TO THE OP AMP OUTPUT Noise Gain = 1 + R2/R1 Noise Gain = 1 + R2/R1 Noise Gain = 1 + R2/R1 –R2/R1 (Gain from input of R1 to output) 1

等效噪声带宽的概念

等效噪声带宽的概念

等效噪声带宽的概念
等效噪声带宽是一个与系统或信号处理中的噪声相关的概念。

这个概念通常用于描述系统中噪声的总体影响,并将其表示为一个等效的频带宽度。

以下是一些关于等效噪声带宽的重要概念:
1.定义:等效噪声带宽是指在一个特定频率范围内,具有相同总功率的正弦波的宽度。

这个概念使得我们可以用一个等效的宽频带信号来表示噪声。

2.信号-噪声比:在通信系统或电子设备中,信号-噪声比是一个关键的参数。

等效噪声带宽考虑了整个频谱范围内的噪声功率,有助于更全面地理解系统中的噪声。

3.滤波器效应:在某些系统中,信号经过滤波器时可能会引入不同频率上的噪声。

等效噪声带宽有助于描述这些滤波器对噪声的影响。

4.功率密度谱:噪声通常用功率密度谱表示,描述了在不同频率上的功率分布。

等效噪声带宽对整个功率密度谱进行了综合,提供了一个对系统噪声特性的整体认识。

5.系统性能:等效噪声带宽是评估系统性能的一个关键参数。

在一些应用中,需要在特定的频带内对系统的噪声进行有效控制,等效噪声带宽可以帮助实现这个目标。

总的来说,等效噪声带宽是一个用于综合描述系统中噪声特性的有用概念,有助于工程师更好地理解和优化系统性能。

运算放大器噪声

运算放大器噪声

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MT-047
NOISE nV / √Hz or µV / √Hz en, in k
3dB/Octave
en, in = k
FC
1 f
1 CORNER f WHITE NOISE
FC
LOG f
1/f Corner Frequency is a figure of merit for op amp noise performance (the lower the better) Typical Ranges: 2Hz to 2kHz Voltage Noise and Current Noise do not necessarily have the same 1/f corner frequency
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MT-047
EXAMPLE: OP27 Voltage Noise = 3nV / √ Hz Current Noise = 1pA / √ Hz T = 25°C
+ R OP27 – R2 Neglect R1 and R2 Noise Contribution
CONTRIBUTION FROM AMPLIFIER VOLTAGE NOISE AMPLIFIER CURRENT NOISE FLOWING IN R JOHNSON NOISE OF R
1. Hank Zumbahlen, Basic Linear Design, Analog Devices, 2006, ISBN: 0-915550-28-1. Also available as Linear Circuit Design Handbook, Elsevier-Newnes, 2008, ISBN-10: 0750687037, ISBN-13: 9780750687034. Chapter 1. Walter G. Jung, Op Amp Applications, Analog Devices, 2002, ISBN 0-916550-26-5, Also available as Op Amp Applications Handbook, Elsevier/Newnes, 2005, ISBN 0-7506-7844-5. Chapter 1.

运算放大器噪声关系1f噪声、均方根(RMS)

运算放大器噪声关系1f噪声、均方根(RMS)
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2. Walter G. Jung, Op Amp Applications, Analog Devices, 2002, ISBN 0-916550-26-5, Also available as Op Amp Applications Handbook, Elsevier/Newnes, 2005, ISBN 0-7506-7844-5. Chapter 1.

运算放大器的噪声计算(一)

运算放大器的噪声计算(一)

运算放⼤器的噪声计算(⼀)近期整理了关于运放噪声的⼀些理论与计算⽅法,如下:1、热噪声电压计算公式 由于运动幅度会随着温度的上升⽽上升,热噪声的幅度也会跟随温度上升,热噪声均⽅根RMS(root meam square),可以表⽰如下: (1)其中:e n 表⽰RMS噪声电压,k是玻尔兹曼常数(1.38x10-23 J/K),T表⽰开尔⽂为单位的温度值,R是以欧姆为单位的电阻,Δf是以Hz为单位的噪声带宽 噪声的⼀个重要特点是它的频谱密度,电压噪声频谱密度是每平⽅根赫兹测量到的RMS电压噪声,通常表⽰为,因此可以由公式(1)得到:(2)由公式(2)可以知道,纯电阻的热噪声密度是平坦的,因为其在所有的频谱上都有⼀样的功率。

2、概率密度函数: ⼤部分的本征噪声满⾜⾼斯分布且可以⽤统计学的⽅法来分析,描述正态分布的数学公式叫做概率密度函数。

其中f(x)是指在任意时间间隔内被测量的概率,µ代表平均值,δ代表标准差。

当µ=0,δ=1时候,称为标准正态分布。

3、概率分布函数: 概率分布函数是概率密度函数的积分。

图1 标准正态分布表举个例⼦:假设在标准正态分布下,我们想得到(-1~1)的概率P,解法: (1)从图1中可以得到:Φ(1)=0.8413,由对称性可以知道:Φ(-1)=1-Φ(1)=0.1587; (2)概率P=Φ(1)-Φ(-1)=0.6826=68.26%。

概率分布函数有助于我们将均⽅根噪声RMS NOISE 转化为峰峰值噪声或者电流噪声。

⽤这种⽅法可以得到:P(-3δ~3δ)=99.7%,表⽰噪声电压幅度在-3δ~3δ的概率为99.7%(⼏乎为100%),因此6δ(即:6倍标准差)被经常⽤来评估噪声的峰峰值Vpp。

因此我们知道了通过标准差δ来计算噪声峰峰值的⽅法。

4、标准差与RMS的联系 直接由标准差的定义可知: 其中,µ代表总体X的平均值。

RMS均⽅根的定义如下:因此,可知当µ=0时候,标准差和RMS是相等的,即为当噪声中没有了直流分量DC成分下(DC成分就是平均值µ),δ=RMS。

噪声的rms单位

噪声的rms单位

噪声的rms单位噪声的rms单位是均方根(RMS)值。

RMS值是衡量电信号或声波信号强度的常用单位。

噪声是一种声学信号,因此同样可以使用RMS值来衡量其强度。

下面将对此进行详细介绍。

一、什么是RMS值?RMS值代表均方根值。

顾名思义,它是一组数据的平方和的平均值的平方根。

如果将一个信号表示为y1、y2、y3、...、yn,则其RMS值为:RMS = sqrt [(y1^2 + y2^2 + y3^2 + ... + yn^2) / n]在实践中,RMS值通常用于衡量电力和声学信号的强度。

(电力信号的RMS值)二、如何计算噪声的RMS值?虽然噪声是一种复杂的声音信号,但也可以应用RMS值来度量其强度。

要计算噪声的RMS值,可以使用各种数字音频工具,例如音频软件和数字音频记录器等。

以下是RMS值的大致计算步骤:步骤1:使用数字音频工具记录噪声信号。

步骤2:将噪声信号导入音频软件。

步骤3:选择该信号的整个部分或一部分,并查找其音量或振幅。

大多数音频软件都提供了用于测量音量或振幅的工具或插件。

步骤4:将振幅或音量转换为RMS值。

步骤5:应用公式(1)来计算RMS值。

最终,您将得到噪声信号的RMS值。

由于噪声信号可能包含多个频率成分,因此该值可能会在时间上变化。

由于RMS值是一组数据的平方和的平均值的平方根,因此它表示信号的“有效值”。

在噪声的背景下,有效值通常与声压级有关。

声压级是以分贝(dB)为单位表示的声音强度,通常与以下公式相关:SPL = 20 * log10(P / Pref)在此公式中,P是声音的压力,Pref是参考压力,通常为20微帕(μPa)。

声压级在0dB(即参考声压力)时相当于安静的图书馆中的噪声水平。

可以使用以下公式将噪声信号的RMS值转换为分贝:Ref是参考RMS值,通常为声压级为0的RMS值。

噪声的RMS值通常用于评估其强度,并将其与法律或行业标准进行比较。

在一些应用场合,如医院、工厂和建筑工地等,行业标准规定了最大允许噪声水平,超过此水平将对员工或公众造成安全或健康风险。

2-3集成运算放大器的噪声

2-3集成运算放大器的噪声

2.1 带宽校正系数
低通滤波器的宽带区域进行积分计算。 理想情况下,曲线的低通滤波器部分是一条直线,为理 想滤波器 。 由于理想滤波器情况下的曲线下方区域为矩形,因此这 一区域的问题比较好解决,长乘宽即可。 在实际情况下,不可能实现理想的滤波器。 不过,可用一组常量来将实际情况下的滤波器带宽转换 为等效的理想滤波器带宽,以满足噪声计算的需要。 这就是带宽校正系数
1、集成运算放大器的噪声
1/ƒ 噪声 (热 宽噪 带声 噪 声 )
表征噪声特性:
频谱密度。 电压噪声频谱密度:
每平方根赫兹的有效 ( RMS) 噪声电压 (单位为nV/Hz1/2)
功率谱密度单位为 W/ Hz1/2
集成运算放大器噪声频谱密度曲线
1.1
热噪声
热噪声的重要特性之一:白噪声 频谱密度图较平坦即所有频率的能量相同。 因此,热噪声有时也称作宽带噪声。 运算放大器也存在热噪声:
计算噪声增益: 噪声增益 = Rf/R1 + 1 = 100k/1k + 1 = 101 信号带宽受到运算放大器的闭环带宽的影响。 根据产品说明书中的单位增益带宽, 可用下式 来确定闭环带宽。
Closed_Loop_Bandwidth=Unitity_Gain_Bandwidth/Noise_Gain
3.4 运算放大器电路中电阻的噪声
还必须考虑的另一因素: 运算放大器电路中电阻的热噪声电压。 用节点分析法来独立分析电压源。 用叠加法与 RSS 添加法将结果相结合。
运算放大器电路的 电阻热噪声 (等效电路) 通过方程式 Req=R1||Rf
en _ R 4k TReq f
将所有电阻热噪声源 相结合,得到电阻热 噪声源参考输入。 乘以噪声增益得到输出端电阻热噪声

关于运算放大器电路噪声特性的简析

关于运算放大器电路噪声特性的简析

关于运算放大器电路噪声特性的简析【摘要】噪声是广播电视设备中的重要技术指标,“如何运用好噪声”对广播电视技术有着重要的意义。

本文简要介绍了运算放大器电路包含的噪声类型。

运用标准的电路理论和噪声模型,计算运算放大器电路的噪声。

最后,给设计人员提供了有关噪声设计的建议和方法。

【关键词】运算放大器;噪声;功率谱密度;噪声源1.引言早期的噪声研究,把具体电路中这种电流和电压的自然波动比作布朗运动。

1928年,J.B.John-son的研究证明,噪声对电子工程师设计精密放大器具有很大影响,一个电子线路灵敏度的极限,必须设置在信噪比刚好要下降到可接受限度的临界点上。

和是噪声谱密度,通常用来表征噪声参数。

它的出现简单地说是噪声功率会随着带宽的增加(每)而增加,因此,噪声电压或噪声电流会随着带宽平方根的增加(每Hz)而增加。

这种确定噪声源的参数等效总是与频率相结合的,表明谱密度是表征噪声源的天然形式。

2.运算放大器电路的噪声类型运算放大器电路中存在5种噪声源:散粒噪声(Shot Noise)热噪声(Thermal Noise)闪烁噪声(Flicker Noise)爆裂噪声(Burst Noise)雪崩噪声(Avalanche Noise)爆裂噪声和雪崩噪声在运算放大器电路中通常没有太大影响,即使有,也能够消除,在噪声分析中可以不予考虑。

下面逐一介绍各种噪声源。

2.1 散粒噪声散粒噪声总是与电流流动相联系的。

无论何时电荷流过势垒(如pn结),导体不再处于热平衡状态,都会导致散粒噪声产生。

流过势垒纯粹是随机事件,因此,大量随机、独立的电流脉冲的平均值iD就形成了瞬时电流i。

散粒噪声是白噪声(某一频率范围内谱密度保持常数的噪声信号),它的频谱是平坦的(作一条相对于频率的散粒噪声曲线时,噪声值始终恒定),即功率密度是均匀的。

此外,散粒噪声与温度无关。

2.2 热噪声热噪声是由于导体内部载流子(电子或空穴)的无规则热运动产生的。

运算放大器的噪声分析

运算放大器的噪声分析

运算放大器的噪声分析运算放大器的噪声分析2010年11月02日星期二16:24问:有关运算放大器的噪声我应该知道些什么?答:首先,必须注意到运算放大器及其电路中元器件本身产生的噪声与外界干扰或无用信号并且在放大器的某一端产生的电压或电流噪声或其相关电路产生的噪声之间的区别。

干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声而且干扰源到处都存在:机械、靠近电源线、射频发送器与接收器、计算机及同一设备的内部电路(例如,数字电路或开关电源)。

认识干扰,防止干扰在你的电路附近出现,知道它是如何进来的并且如何消除它或者找到对干扰的方法是一个很大的题目。

如果所有的干扰都被消除,那么还存在与运算放大器及其阻性电路有关的随机噪声。

它构成运算放大器的控制分辨能力的终极限制。

我们下面的讨论就从这个题目开始。

问:好,那就请你讲一下有关运算放大器的随机噪声。

它是怎么产生的?答:在运算放大器的输出端出现的噪声用电压噪声来度量。

但是电压噪声源和电流噪声源都能产生噪声。

运算放大器所有内部噪声源通常都折合到输入端,即看作与理想的无噪声放大器的两个输入端相串联或并联不相关或独立的随机噪声发生器。

我们认为运算放大器噪声有三个基本来源:★一个噪声电压发生器(类似失调电压,通常表现为同相输入端串联)。

★两个噪声电流发生器(类似偏置电流,通过两个差分输入端排出电流)。

★电阻噪声发生器(如果运算放大器电路中存在任何电阻,它们也会产生噪声。

可把这种噪声看作来自电流源或电压源,不论哪种形式在给定电路中都很常见)。

运算放大器的电压噪声可低至3 nV/Hz。

电压噪声是通常比较强调的一项技术指标,但是在阻抗很高的情况下电流噪声常常是系统噪声性能的限制因素。

这种情况类似于失调,失调电压常常要对输出失调负责,但是偏置电流却有真正的责任。

双极型运算放大器的电压噪声比传统的FET 运算放大器低,虽然有这个优点,但实际上电流噪声仍然比较大。

现在的FET运算放大器在保持低电流噪声的同时,又可达到双极型运算放大器的电压噪声水平。

无线电通信-3.4 放大器中的噪声及噪声的表示与计算方法

无线电通信-3.4 放大器中的噪声及噪声的表示与计算方法

3.10 噪声的表示和计算方法
• 3.10.1 噪声系数 • 3.10.2 噪声温度 • 3.10.3 多级放大器的噪声系数 • 3.10.4 灵敏度 • 3.10.5 等效噪声频带宽度 • 3.10.6 减小噪声系数的措施
3.10.2 噪声温度
表示放大器(四端网络)内部噪声的另一种方 法是噪声温度,它将放大器内部噪声折算到输入端 (即:输入端噪声功率变大),认为放大器本身是 没有噪声的理想器件。
可见,多级放大器总的噪声系数主要取决于前面
一、二级,最关键的是第一级,不仅要求它的噪声系 数低,而且要求它的额定功率增益尽可能高。
3.10 噪声的表示和计算方法
• 3.10.1 噪声系数 • 3.10.2 噪声温度 • 3.10.3 多级放大器的噪声系数 • 3.10.4 灵敏度 • 3.10.5 等效噪声频带宽度 • 3.10.6 减小噪声系数的措施
39放大器中的噪声?391内部噪声的来源与特点?392电阻热噪声?393天线热噪声?394晶体管的噪声?395场效应管的噪声自然干扰人为干扰干扰与噪声外部干扰内部噪声天电干扰宇宙干扰大地干扰工业干扰无线电台干扰自然噪声人为噪声热噪声散粒噪声闪烁噪声交流哼声感应噪声接触不良噪声39放大器中的噪声这种无规则运动具有起伏噪声的性质是一种随机过程即在同一时间0t内这一次观察和下一次观察会得出不同的结果放大器的内部噪声主要是由电路中的电阻谐振回路和电子器件内部所具有的带电微粒无规则运动所产生的
3.9.4 晶体管的噪声
晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、分配 噪声和1/f 噪声。
散粒噪声
2qIEfn
分配噪声
2

2qIC (1 0 )fn
热噪声
4kTrbfn

运算放大器噪声介绍

运算放大器噪声介绍

运算放大器噪声介绍
噪声的重要特性之一就是其频谱密度。

噪声频谱密度是指每平方根赫兹的有效(RMS) 噪声电压(通常单位为nV/rt-Hz)。

功率谱密度的单位为W/Hz。

在上一篇文章中,我们了解到的热噪声可用方程式 2.1 计算得出。

该算式经过修改也可适用于频谱密度。

热噪声的重要特性之一就在于频谱密度图较平坦(也就是说全部频率的能量相同)。

因此,热噪声有时也称作宽带噪声。

运算也存在宽带噪声。

宽带噪声即为频谱密度图较平坦的噪声。

方程式 2.1:频谱密度——经修改后的热噪声方程式
图 2.1:噪声频谱密度除了宽带噪声之外,运算放大器常还有低频噪声区,该区的频谱密度图并不平坦。

这种噪声称作 1/f 噪声,或闪耀噪声,或低频噪声。

通常说来,1/f 噪声的功率谱以 1/f 的速率下降。

这就是说,电压谱会以 1/f(1/2 ) 的速率下降。

不过事实上,1/f 函数的指数会略有偏差。

图 2.1 显示了典型运算放大器在 1/f 区及宽带区的频谱状况。

请注重,频谱密度图还显示了噪声状况(单位为 fA/rt-Hz)。

我们还应注重到另一点重要的状况,即 1/f 噪声还能用正态分布曲线表示,因此第一部分中介绍的数学原理仍然适用。

图 2.2 显示了1/f 噪声的时域状况。

请注重,本图的 X 轴单位为秒,随时光发生较慢变幻是1/f 噪声的典型特征。

图 2.2:时域所对应的 1/f 噪声及统计学分析结果
图 2.3 描述了运算放大器噪声的标准模型,其包括两个不相关的电流
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运放噪声详解

运放噪声详解

砖墙效应图宽带噪声的大小山宽带噪声密度和实际带宽决定:叫R = % JBW1/f噪声的大小由IHz处的噪声密度和实际带宽决定:叫=(©丁@1朋三.能不能举一个例子?下面用OPA313举一个实际的例子: 已知OPA313的电路如下:从OPA313 datasheet 里截取噪声曲线如下:100 1k 10k 100k Frequency (Hz)Figure 12, INPUT VOLTAGE NOISE SPECTRAL DENSITY vsFREQUENCY噪声密度曲线Datasheet 里得到 GBW=lMHz :OBWQwvbMwtth1 w * 50 V G • 10 pF1' 丨毗1因闭环带宽=GBW/Gain=500khz,实际带宽BW 如下:Br = = SOOJifcn .57 = 785Afiz 宽带噪声大小的计算如下:叫=讪丽 =25"7\归乙亦^ = 221劝好松l/f 噪声大小的计•算如下:叫=150 诃向(785◎二 20?6 用険总的电圧噪声大小如下:0叭=J@刃”)2 +(M 廖)2 = 22uVt^ms10001001111111 lllllffl IIIIII|||||| |||||||150V..1.8VI 1 IqwLIN10siia V.・5・5VI10电流噪声的算法类似于电压噪声:吧=/,R^=心俪礼g = 5 /4*886*500 = LSPrms电流噪声的等效电路电阻热噪声的算法如下:(其中Tk=273+Tc ) , k=l. 38E-23叫=J4 耳阳=74*(1.38£-23X273 + 25)*5OO*785* = 2.54 仍松运放回路总的噪声如下:叫=J (吧)2 +(0叫)2 +($")2 *Gaj« =22.15及必Twj最后计算噪声的峰峰值,因为运放噪声服从正态分布,一般考虑99. 7%的 可能性,即用噪声有效值乘以6得到噪声峰峰值。

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MT-048TUTORIALOp Amp Noise Relationships: 1/f Noise, RMS Noise,and Equivalent Noise Bandwidth"1/f" NOISEThe general characteristic of op amp current or voltage noise is shown in Figure 1 below.LOG fNOISE nV / √HzorμV / √Hz e n , i n k F CFigure 1: Frequency Characteristic of Op Amp NoiseAt high frequencies the noise is white (i.e., its spectral density does not vary with frequency). This is true over most of an op amp's frequency range, but at low frequencies the noise spectral density rises at 3 dB/octave, as shown in Figure 1 above. The power spectral density in this region is inversely proportional to frequency, and therefore the voltage noise spectral density is inversely proportional to the square root of the frequency. For this reason, this noise is commonly referred to as 1/f noise . Note however, that some textbooks still use the older term flicker noise .The frequency at which this noise starts to rise is known as the 1/f corner frequency (F C ) and is a figure of merit—the lower it is, the better. The 1/f corner frequencies are not necessarily the same for the voltage noise and the current noise of a particular amplifier, and a current feedback op amp may have three 1/f corners: for its voltage noise, its inverting input current noise, and its non-inverting input current noise.The general equation which describes the voltage or current noise spectral density in the 1/f region isf1F k ,i ,e Cn n =, Eq. 1where k is the level of the "white" current or voltage noise level, and F C is the 1/f corner frequency.The best low frequency low noise amplifiers have corner frequencies in the range 1 Hz to 10 Hz, while JFET devices and more general purpose op amps have values in the range to 100 Hz. Very fast amplifiers, however, may make compromises in processing to achieve high speed which result in quite poor 1/f corners of several hundred Hz or even 1 kHz to 2 kHz. This is generally unimportant in the wideband applications for which they were intended, but may affect their use at audio frequencies, particularly for equalized circuits.RMS NOISE CONSIDERATIONSAs was discussed above, noise spectral density is a function of frequency. In order to obtain the rms noise, the noise spectral density curve must be integrated over the bandwidth of interest.In the 1/f region, the rms noise in the bandwidth F L to F C is given by⎥⎦⎤⎢⎣⎡==∫L C C nw F F Cnw C L rms ,n F F ln F v df f 1F v )F ,F (v CLEq. 2where v nw is the voltage noise spectral density in the "white" region, F L is the lowest frequency of interest in the 1/f region, and F C is the 1/f corner frequency.The next region of interest is the "white" noise area which extends from F C to F H . The rms noise in this bandwidth is given byC H nw H C rms ,n F F v )F ,F (v −= Eq. 3Eq. 2 and 3 can be combined to yield the total rms noise from F L to F H :)F F (F F ln F v )F ,F (v C H L C C nw H L rms ,n −+⎥⎦⎤⎢⎣⎡= Eq. 4In many cases, the low frequency p-p noise is specified in a 0.1 Hz to 10 Hz bandwidth, measured with a 0.1 to 10 Hz bandpass filter between op amp and measuring device. The measurement is often presented as a scope photo with a time scale of 1s/div, as is shown in Figure 2 below for the OP213.20nV/div.(RTI)1s/div.Figure 2: 0.1Hz to 10 Hz Input Voltage Noise for the OP213510152025300.1110100FREQUENCY (Hz)INPUT VOLTAGE NOISE, nV / √Hz 0.1Hz to 10Hz VOLTAGE NOISEFor F L = 0.1Hz, F H = 10Hz, v nw = 10nV/√Hz, F C = 0.7Hz:V n,rms = 33nVV n,pp = 6.6 ×33nV = 218nV200nVTIME -1sec/DIV.Figure 3: Input Voltage Noise for the OP177It is possible to relate the 1/f noise measured in the 0.1 to 10 Hz bandwidth to the voltage noise spectral density. Figure 4 above shows the OP177 input voltage noise spectral density on the left-hand side of the diagram, and the 0.1 to 10 Hz peak-to-peak noise scope photo on the right-handV n,rms (F L , F H ) = v nwF C lnF C F L+ (F H –F C )side. Equation 2 can be used to calculate the total rms noise in the bandwidth 0.1 to 10 Hz by letting F L = 0.1 Hz, F H = 10 Hz, F C = 0.7 Hz, v nw = 10 nV/√Hz. The value works out to be about 33 nV rms, or 218 nV peak-to-peak (obtained by multiplying the rms value by 6.6—see the following discussion). This compares well to the value of 200 nV as measured from the scope photo.It should be noted that at higher frequencies, the term in the equation containing the natural logarithm becomes insignificant, and the expression for the rms noise becomes:L H nw L H rms ,n F F v )F ,F (V −≈. Eq. 5And, if F H >> F L ,H nw H rms ,n F v )F (V ≈. Eq. 6However, some op amps (such as the OP07 and OP27) have voltage noise characteristics that increase slightly at high frequencies. The voltage noise versus frequency curve for op amps should therefore be examined carefully for flatness when calculating high frequency noise using this approximation.At very low frequencies when operating exclusively in the 1/f region, F C >> (F H – F L ), and the expression for the rms noise reduces to:⎥⎦⎤⎢⎣⎡≈L H C nw L H rms ,n F F ln F v )F ,F (V .Eq. 7Note that there is no way of reducing this 1/f noise by filtering if operation extends to dc. Making F H = 0.1 Hz and F L = 0.001 Hz still yields an rms 1/f noise of about 18 nV rms, or 119 nV peak-to-peak. The point is that averaging results of a large number of measurements over a long period of time has practically no effect on the rms value of the 1/f noise. A method of reducing it further is to use a chopper stabilized op amp, to remove the low frequency noise.In practice, it is virtually impossible to measure noise within specific frequency limits with no contribution from outside those limits, since practical filters have finite rolloff characteristics. Fortunately, measurement error introduced by a single pole lowpass filter is readily computed. The noise in the spectrum above the single pole filter cutoff frequency, f c , extends the corner frequency to 1.57f c . Similarly, a two pole filter has an apparent corner frequency of approximately 1.2f c . The error correction factor is usually negligible for filters having more than two poles. The net bandwidth after the correction is referred to as the filter equivalent noise bandwidth (see Figure 4 below).EQUIVALENT NOISE BANDWIDTH = 1.57 ×f CFigure 4: Equivalent Noise BandwidthIt is often desirable to convert rms noise measurements into peak-to-peak. In order to do this, one must have some understanding of the statistical nature of noise. For Gaussian noise and a given value of rms noise, statistics tell us that the chance of a particular peak-to-peak value being exceeded decreases sharply as that value increases—but this probability never becomes zero. Thus, for a given rms noise, it is possible to predict the percentage of time that a given peak-to-peak value will be exceeded, but it is not possible to give a peak-to-peak value which will never be exceeded as shown in Figure 5 below.Nominal Peak-to-Peak2 ×rms3 ×rms4 ×rms5 ×rms6 ×rms6.6 ×rms**7 ×rms8 ×rms % of the Time Noise will Exceed Nominal Peak-to-Peak Value32%13%4.6%1.2%0.27%0.10%0.046%0.006%**Most often used conversion factor is 6.6 Figure 5: RMS to Peak-to-Peak RatiosPeak-to-peak noise specifications, therefore, must always be written with a time limit. A suitable one is 6.6 times the rms value, which is exceeded only 0.1% of the time.REFERENCES1.Hank Zumbahlen, Basic Linear Design, Analog Devices, 2006, ISBN: 0-915550-28-1. Also available asLinear Circuit Design Handbook, Elsevier-Newnes, 2008, ISBN-10: 0750687037, ISBN-13: 978-0750687034. Chapter 1.2.Walter G. Jung, Op Amp Applications, Analog Devices, 2002, ISBN 0-916550-26-5, Also available as OpAmp Applications Handbook, Elsevier/Newnes, 2005, ISBN 0-7506-7844-5. Chapter 1.Copyright 2009, Analog Devices, Inc. All rights reserved. Analog Devices assumes no responsibility for customer product design or the use or application of customers’ products or for any infringements of patents or rights of others which may result from Analog Devices assistance. All trademarks and logos are property of their respective holders. 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