第二部分放大器噪声源和噪声特性

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放大电路的频率响应和噪声

为新电路设计提供指导。
03
技术发展
随着电子技术的不断发展，对放大电路的性能要求也越来越高。理解频
率响应和噪声有助于推动相关技术的进步，促进电子工程领域的发展。
对未来研究的展望
新材料与新工艺
随着新材料和纳米技术的发展，未来研究可以探索如何将这些新技术应用于放大电路中，以提高其频率响应和降低噪声。
系统集成
噪声的来源
01
02
03
04
热噪声
由于电子的热运动产生的随机波动。
散粒噪声
由于电子的随机发射和吸收产生的噪声。
闪烁噪声
由于半导体表面不平整或缺陷引起的噪声。
爆米花噪声
由于材料的不完美性或晶体缺陷引起的噪声。
噪声的分类
宽带噪声
在整个频率范围内具有均匀的功率谱密度。
窄带噪声
在特定频率范围内具有较高的功率谱密度。
抗干扰能力
放大电路的噪声也会影响通信系统的抗干扰能力。低噪声放大电路有助于提高通信系统的抗干扰性能，确保信号传输的稳定性。
在音频处理系统中的应用
音质
音频处理系统中，放大电路的频率响应和噪声对音质有重要影响。好的频率响应能够保证音频信号的真实还原，而低噪声放大电路则有助于减少背景噪声，提高音频清晰度。
宽频带型
在较宽的频率范围内具有较为平坦的放大倍数。
频率响应的分析方法
解析法
通过电路理论中的传递函数和频率函数等概念，推导放大电路的频率响应。
实验法
通过实际测量不同频率下的电压放大倍数，绘制频率响应曲线。
计算机仿真法
利用电路仿真软件，模拟和分析放大电路在不同频率下的性能表现。
03 放大电路的噪声

第二部分：运算放大器噪声介绍

第二部分：运算放大器噪声介绍作者：TI高级应用工程师Art Kay噪声的重要特性之一就是其频谱密度。

电压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，我们了解到电阻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：运算放大器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，或闪烁噪声，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。

不过实际上，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 区及宽带区的频谱情况。

请注意，频谱密度图还显示了电流噪声情况（单位为fA/rt-Hz）。

我们还应注意到另一点重要的情况，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 噪声的时域情况。

请注意，本图的X 轴单位为秒，随时间发生较慢变化是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噪声源与一个电压噪声源，连接于运算放大器的输入端。

我们可将电压噪声源视为随时间变化的输入偏移电压分量，而电流噪声源则可视为随时间变化的偏置电流分量。

图2.3：运算放大器的噪声模型运算放大器噪声分析方法运算放大器噪声分析方法是根据运放数据表上的数据计算出运放电路峰峰值输出噪声。

在介绍有关方法的时候，我们所用的算式适用于最简单的运算放大器电路。

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＜６００１、 ◇
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＝．／Ｏ１２、９ｘ０２￣ｓ２、ｌ５＝．／９１２－２
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１ｒｓＶｍ一般的线是Ｖｍ和２ｒｓ（
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２ｒｓＶｍ的信号为例．信噪比为１０Ｂ的噪声电压容许值２１ｒｓ０ｄ时０Ｖｍ在Ｓ＝２ｄ￣样ｘ／１０ＢｌＮｉ的超低噪声特性时噪声电压的容许值为２Ｖｍ１ｒｓ￣对于一般的音频用运算放大器来说．要实现１０Ｂ０ｄ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
达
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

2-2低噪声前置放大器

（ 3 ）利用 NF 图还可以计算出最小可检测信号
MDS的大小，MDS的定义为折合到放大器输入端的Eni。
由公式：
E ni 10
NF 20
4 KTRs f
可以由等值图中最小的NF 值即能计算出低噪声前放在一定条件下的最小的Eni，这就是MDS。
●在科研和开发中，选购低噪声前放时，应注意利用NF图及有关技术参数。
●若已知放大器等效输入噪声Eni的大小，将Eni 和放大器输入端的信号Vs 进行比较，就可判定这个放大器是否符合要求；一般是根据系统（Vs/Eni）的比值的要求来选定放大器的NF值。 ●注意：NF值和Eni的大小都是和源电阻及带宽 Δ f 密切相关的。其中带宽Δ f是由系统的需要所确定的，并且是由系统中的某一部件，例如带通滤波器或者前放本身所决定的。
光电信号处理
第二章低噪声前置放大器（2）
§2.6 多级放大器的噪声系数NF1,2,…n
单级放大器噪声系数NF
Pni为输入端噪声功率，即源的噪声功率 Pn为放大器内部噪声在输出端的体现 Pno为输出端总的噪声功率 Ap为放大器的功率增益根据噪声系数NF的定义，有：
pn NF 1 AP p ni
E ni
En0 Avs
关键是第一步A，第二步B可用电子技术中的方法，现在对A、B分别进行详细说明。
NF1, 2n
NFn 1 NF2 1 NF3 1 NF1 A p1 A p1 A p 2 A p1 A p 2 A pn1
●这个公式可以看出：

多级放大器噪声系数的大小，主要取决于第一级放大器的噪声系数；
为了使多级放大器的噪声系数减小应尽量减小第一级的噪声系数，提高第一级的功率放大倍数Ap1，

放大器的噪声分析

输出端的结果。
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设放大器在输入端和信号源是功率匹配的，
即Rs=Ri，
在输出端和负载也是功率匹配的：Ro=RL
放大器的功率增益为APH。信号源的内阻Rs产生的热噪声电压均方值为:
En2s 4KTRsf
而放大器的输入噪声功率则为：Pni
En2s 4Rs
KTf
该噪声功率放大后为：Pni Ap APH KTf
或： NF
1
Pn Pni Ap
放大器产生的噪声功率 1 源电阻产生的输出噪声功率
它们分别从不同的角度说明了噪声系数的含义，是完全等效的。
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在计算具体电路的噪声系数时，用后面两式比较方便。
应该指出，噪声系数的概念仅仅适用于线性电路（线性放大器），因此可以用功率增益来描述。
T(NF 1)
Ti就称为放大器的噪声温度。当Ti=0时，NF=1表示放大器本身不产生噪声，是理
想的无噪声放大器；
当本Ti=身T时所（产=生29的0K噪）声则和NF信=2号（源NF所=3输dB入）的，噪表声示相放等大。器
第27页/共31页
在功率匹配情况下，放大器的总的输出噪声功率：
Pn0 APH KTf APH KTi f APH K (T Ti )f
对于非线性电路而言，不仅得不到线性放大，而且信号和噪声、噪声和噪声之间会相互作用，即使电路本身不产生噪声，在输出端的信噪比和输入端的也不相同。因此噪声系数的概念就不能适用。
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§2.4 最佳源电阻Ropt与最小噪声系数NFmin
根据前面导出的噪声系数表达式
NF
En2s
En2
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等效输入噪声曲线

2-4(6)运算放大器的噪声特性

2 2 I n ( 2 Rs R p + R p )
Fa = F +
+
4kTRs B
2 2 I a = I n + 4kTB / R f 低噪声电阻的1/f噪声可 Rs 忽略 Fa = F + Rf
负反馈电阻增加了电路的热噪声。
By TianGJ,YanshanUniv
2.74 反馈电路
2.7.4 反馈电路负反馈不会改善放大器的内部固有噪声，负反馈电阻增加了电路的热噪声。通过串并联电阻的方法进行阻抗匹配是不可取的。 However，只要反馈电阻增加的阻抗与源电阻相比可以忽略，而且并联反馈阻抗足够大，那么加入负反馈后热噪声特性可保持基本不变。 •在必须改变放大器输入阻抗的场合，可以考虑利用负反馈解决问题。
R1
R2 200k uA741 + R2 200k
R2 2 R2 2 2 2 2 Vno = 2( ER1 ) + 2ER2 + En (1 + ) + 2( I n R2 )2 R1 R1
ER1 = 4kTR1 B ER2 = 4kTR2 B
1k R1 1k
•功率增益等于电压增益的平方
Vno≈177uV
= 20 2 × [(100 − 0.01) + 200 × ln( ≈ 0.88μV
类似地,计算电流噪声
100 = 0.552 ×[(100− 0.01) + 2000× ln( )], ( pA) 0.01 ≈ 75pA
By TianGJ,YanshanUniv
2.6.2 运算放大器的噪声性能计算
f E = e [( f B − f A ) + f ce ln( B )] fA

运算放大器电路中固有噪声的分析与测量

运算放大器电路中固有噪声的分析与测量(一)[日期：2007-1-29] 来源：21IC中国电子网作者：德州仪器公司高级应用工程师 Art Kay[字体：大中小]第一部分：引言与统计数据评论我们可将噪声定义为电子系统中任何不需要的信号。

噪声会导致音频信号质量下降以及精确测量方面的错误。

板级与系统级电子设计工程师希望能确定其设计方案在最差条件下的噪声到底有多大，并找到降低噪声的方法以及准确确认其设计方案可行性的测量技术。

噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能。

外部噪声来自外部噪声源，典型例子包括数字开关、60Hz 噪声以及电源开关等。

固有噪声由电路元件本身生成，最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。

本系列文章将介绍如何通过计算来预测电路的固有噪声大小，如何采用 SPICE模拟技术，以及噪声测量技术等。

热噪声热噪声由导体中电子的不规则运动而产生。

由于运动会随温度的升高而加剧，因此热噪声的幅度会随温度的上升而提高。

我们可将热噪声视为组件（如电阻器）电压的不规则变化。

图 1.1 显示了标准示波器测得的一定时域中热噪声波形，我们从图中还可看到，如果从统计学的角度来分析随机信号的话，那么它可表现为高斯分布曲线。

我们给出分布曲线的侧面图，从中可以看出它与时域信号之间的关系。

图 1.1: 在时间域中显示白噪声以及统计学分析结果热噪声信号所包含的功率与温度及带宽直接成正比。

请注意，我们可简单应用功率方程式来表达电压与电阻之间的关系（见方程式1.1），根据该表达式，我们可以估算出电路均方根 (RMS) 噪声的大小。

此外，它还说明了在低噪声电路中尽可能采用低电阻元件的重要性。

方程式 1.1：热电压方程式 1.1 中有一点值得重视的是，根据该表达式我们还可计算出 RMS 噪声电压。

在大多数情况下，工程师希望了解―最差条件下噪声会有多严重？‖换言之，他们非常关心峰峰值电压的情况。

如果我们要将 RMS 热噪声电压转化为峰峰值噪声的话，那么必须记住的一点是：噪声会表现为高斯分布曲线。

放大器的噪声有哪些

放大器的噪声基础IC的噪声有两种类型：一种是外部噪声，来源于IC外部；另一种是内部噪声，来源于器件本身。

外部噪声一些工程师认为外部噪声不应该被称为噪声，因为它不是随机产生的，使用“干扰”一词也许更恰当。

首先，简单谈谈三种外部噪声的主要来源：RFI耦合环境中充斥着各种电磁波，虽然这些射频干扰信号通常在目标带宽以外，但器件的非线性有时会调整这些信号，将其带入目标区域中。

特别是连接传感器的引线较长时，噪声一般会从输入引线进入电路。

抑制射频干扰的办法包括：输入端滤波、屏蔽和采用双绞线输入。

电源噪声电子电路抑制电源线信号的能力有限，尤其是频率较高时，因此必须先消除电源线上的高频干扰，使其无法到达低噪声电路。

可以对电源进行适当滤波以及IC本身采取良好的旁路措施来实现。

敏感模拟电路与数字逻辑应采用不同的电源，至少应深度滤波。

接地环路我们经常可以从原理图上看到很多的接地符号，但必须注意，在实际电路中任何两点的电位都不可能完全相等，电流会流经地线，从而产生电位差。

必须考虑电流如何流动，并将高电流路径与敏感电路隔离。

例如，实用新型接地配置，或者将模拟地层与数字地层接在一个点上。

内部噪声内部噪声来源于信号链中的电路元件，IC数据手册中相关的性能规格就是针对这种噪声。

典型的内部噪声源包括传感器、电阻、放大器和模数转换器。

电阻噪声电阻噪声分为两类：一是内部热噪声，这种噪声与电阻构造无关，仅取决于总电阻、温度和带宽，它与所施加的信号无关；二是附加电流噪声，通常被称为过量噪声，它取决于电阻的构造，与热噪声不同，电阻电流噪声与所施加的电压有关。

薄膜电阻和绕线电阻具有出色的电流噪声性能，其噪声主要是内部热噪声。

炭核电阻则不然，一般认为其噪声性能较差，在之后的讨论中我们将假设在低噪声设计中使用高质量薄膜电阻，因此可以忽略电流噪声，只专注于热噪声。

理想电阻的热噪声公式为：可以看出，热噪声取决于温度、电阻、带宽和波尔兹曼常数。

但在实际设计中，并不要求记住这个公式，因为我们有一个非常方便的速算法。

第2章《高频电子线路》_(曾兴雯)_版高等教育出版社课后答案

2.2 高频电路中的基本电路
1、简单振荡回路（1）并联谐振回路（2）串联谐振回路
17
第2章高频电路基础
（1）并联谐振回路谐振特性：
振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最大或最小值的特性称为谐振特性。
1 jC Zp 1 r jL j C （当 L r 时） L C 1 r j (L ) 谐振条件： C 当回路总电抗 X=0 时，回路呈谐振状态
Q0
L
r
品质因数 Q
Q 定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。
Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。
8
第2章高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
二、高频电路中的有源器件主要是：
二极管晶体管
集成电路
完成信号的放大、非线性变换等功能。
9
第2章高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
第2章高频电路基础
第2章高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声及其特性 2.4 噪声系数和噪声温度
1
第2章高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
一、高频电路中的元件高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用时的高频特性。
号中心频率fs=10 MHz，回路电容C=50 pF，
试计算所需的线圈电感值。
(1) 若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻
及回路带宽。 (2) 若放大器所需的带宽B0.7=0.5 MHz，则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?
36
第2章高频电路基础
（2）串联谐振回路串联谐振回路是与并联谐振回路对偶的电路，其基本特性与并联谐振回路呈对偶关系，通频带、矩形系数与并联谐振回路相同。电路组成：电抗特性：

第二章(4-1)噪声

2 2 Vn2,RL + I n , D R L
2 I n,D 2 gm Zi 2
则
2 In =
( g m RL ) 2 Z i
2
不考虑负载噪声
2 In =
相关的 Vn2 和 I n2 是相关的
2.3 噪声系数 2.3.1 噪声系数定义
F= SNRi P / Ni = i SNRo Po / N o
S I = 2qI 0
Vn2,rbb′ = 4kTrbb′ B
2.2.3 场效应管的噪声
1. 沟道电阻热噪声 —— S I = 4kTλg d 0 2. 噪声等效电路 I n , D = 4kTλg d 0 B 3. 闪烁噪声 ——
1 f
噪声 SV =
K 1 WLC OX f
2.2.4 电抗元件的噪声
2 n f1
f2
I n2 : 白噪声 S ( f ) 是常数 I n2 = ∫ S I ( f )d f = S I ∫ df = S I ( f 2 − f1 ) （3）等效噪声带宽噪声通过线性系统噪声通过线性系统
f1 f1
f2
f2
输入功率谱密度输入功率谱密度系统传递函数系统传递函数
电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻——热噪声热噪声电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻
2.2. 两端口网络的等效输入噪声源 .2.5 .2. 串联噪声电压源串联噪声电压源 Vn2 噪声并联噪声噪声电流源 2 并联噪声电流源 I n
等效
求法：求法：
Vn2
2 In
输入端短路，输入端短路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值短路输入端开路，输入端开路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值开路

魏俊平高频电子线路第2章高频小信号选频放大器

R. S
Us
L rC
解：1. 计算不考虑 RS、 RL时的回路固
RL
有特性：f0、Q、RP、BW0.7
f0

2
1 LC
(
2
1
)Hz 465kHz
586 106 200 1012
586 106
Q
LC r

200 1012 12
143
RP

L Cr

(
586 106 200 1012
Is'U
' o

IsU12
I's

I sU 12 U 'o

U 12 U 13
Is

1 n1
Is

1mA 5
0.2 mA

Uo

U13 n2

U
' o
n2

I
' s
Re

0.2 30.6 V
n2
10
0.612 V
思考讨论题
1. LC并联谐振回路有何基本特性?说明Q对回路特性的影响。
2.1 LC谐振回路
2.1.3抽头谐振回路 2.电容分压式
【例2-3、2-4】
第2章高频电路基础
例 2-3 如图，抽头回路由电流源激励，忽略回路本身的固有损耗，试求回路两端电压 u1(t) 的表示式及回路带宽。
29
例2.4 下图中，线圈匝数 N12 = 10 匝， N13 = 50 匝，N45 = 5 匝，L13= 8.4 mH, C = 51 pF, Q =100, Is = 1 mA , Rs =10 kW, RL= 2.5 kW, 求有载品质因数Qe、通频带BW0.7、谐振输出电压Uo。

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.

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。

第2章高频小信号放大器(1)

1 ' 0 LC
1 LC
结论：并联谐振回路谐振频率降低，并且CS、CL的不稳定将影响回路的频率特性不稳定。在实际应用的谐振回路中， CS、CL常常是晶体管的输出电容和输入电容，当更换管子或温度变化时， CS、CL也要变化，这将引起f0的不稳定。显然C 值越大， CS、CL变化影响就越小。在设计高频谐振回路时应考虑这个问题。
N RL ( 1 )2 RL N2
R0 // RS // RL ' QL 0 L
N
结论：可通过改变 1 ( 1)比值调整RL‘ 的大小，提高回路 N2 QL的值。
⑵ 回路抽头的阻抗变换
高频电路的实际应用中，常用到激励信号源或负载与振荡回路中的电感或电容部分接入并联振荡回路，常称为抽头振荡回路或部分接入并联振荡回路。抽头的目的是：减小信号源内阻和负载对回路和影响。
Q0 QL Rs RL 1 R R
结论：并联谐振适用于信号源内阻RS很大，负载电阻RL 也较大的情况，以使QL较高而获得较好的选择性。
结论：串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小(恒压源）和负载电阻RL也不大的情况。
（2）实际信号源内阻和负载并不一定都是纯电阻，也有可能有电抗成分（一般是容性）。考虑信号源输出电容和负载电容时的并联谐振回路回路的谐振频率：
1 1 2
同样定义并联（串联）谐振回路端电压（电流）的相位为
P tg
P 或 S
S tg 1
P 或
S
1
Q1
Q2
Q2 > Q1
Q1 Q2
O

O

●通频带
定义：
并联谐振回路：
u 1 令： i uio 2

第二章信号放大电路

自激振荡：放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定
频率和幅值的交流信号的现象。
产生自激振荡必须同时满足两个条件：
1、幅度平衡条件|AF|=1
2、相位平衡条件φ A+φ F=2nπ （n=0,1,2,3···）
2.1.4 运算放大器的振荡与相位补偿相位补偿：通过电容电感等器件改变支路交流电的相位，补偿总体相位的改变。
2.2.1 噪声的种类与性质（3）散弹噪声：由真空电子管和半导体器件中电子发射的不均匀性引起的。
q：电子电荷 IDC：直流电流 B：测量系统的噪声带宽
I sh 2qIDC B
晶体管正偏时的散弹噪声电压：
K：玻尔兹曼常熟 T：热力学温度 B：测量系统的噪声带宽 Ie：晶体管射极电流
2.2.2 处理放大器噪声的方法（1）等效输入噪声
噪声的方均根电压
U t (t ) 4kTRB
K：玻尔兹曼常熟 T：导体热力学温度 B：测量系统的噪声带宽 R：导体的电阻或阻抗的实部
（2）低频噪声：是一种与晶体管表面状态以及PN结的漏电流有关的噪声。又称1/f噪声。
方均值
U f2 (t ) k1I a f b
k1：与材料有关的常量 I ：工作电流 a/b：实验确定的常数 F ：工作频率
R4 基本电路
uo
R2
R1
(ui 2 ui1 )
R2
R1
uid
有利于抑制共模干扰
和减小温度漂移
只对差模信号进行放大
uid ui 2 ui1 ， u ui1 ui 2 ic
2
典型测量放大电路的设计
（3）基本差动放大电路 ud/2 R1
R2 R2 R4 u0 ui1 (1 )( )ui 2 R1 R1 R3 R4

微弱信号检测2.6-3.2

放大器中采用合适的反馈措施，可以有效地改善放大器的新能
附加反馈支路不会改变放大器内部固有噪声源的任何指标，只会影响放大器的外部表现。
改变了放大器的增益、对于有用信号、信号源噪声和放大器等效输入噪声的增益都改变了同样的量值
反馈支路的电阻分量会产生热噪声，并在反馈电阻两端产生噪声电压
如能使反馈元件造成的不利影响很小，使该影响与信号源产生的热噪声可以忽略，那么可以利用反馈改变输入阻抗，以实现噪声匹配。并考虑通过功率匹配使传输的功率最大。
0
IC
IE
0
40Rs
2.6.3噪声匹配
附加串连电阻 Rs1使Rs Rso ,
噪声系数增大为：
F F Rs1
I
2 n
Rs21
Rs 4kTRsf
附加并联电阻 Rs2使Rs Rso ,
噪声系数增大为：
F F Rs en2 2 Rs Rs2
Rs2 4kTRs2f
调整工作点进行阻抗匹配
2．电压串联负反馈放大器
Ia In
Ea2 En2 4kTBRP In Rp 2
Rp
Rf1Rf 2 Rf1 Rf 2
相当于信号源电阻由 Rs增加到Rs Rp
E2 ni总
4k TB
Rs
Rp
En2
I
2 n
Rs Rp
2
2.6.5 高频低噪声放大器设计考虑
1、信号源输出阻抗为复数
En2o总 En2o Ei2o Et2o Ef2o K 2En2 InRf 2 K 2Et2 Ef2o
K Rf RS
E2 ni总
E2 no总
K2
En2
I
2 n
Rs2
4kTRsB 4kTBRs2

表面肌电信号检测电路的放大器设计与噪声分析

表面肌电信号检测电路的放大器设计与噪声分析对于表面肌电信号的检测电路来说，放大器的设计和噪声分析是非常重要的方面。

本文将介绍表面肌电信号检测电路放大器的设计原理和噪声分析方法。

我们将深入探讨这两个方面，并提供一些实际案例和技术指导，以帮助读者更好地理解和应用。

一、放大器设计放大器是表面肌电信号检测电路中的关键部件之一。

它的主要作用是将微弱的肌电信号放大到适合测量和分析的范围内。

在进行放大器设计时，我们需要考虑以下几个关键因素：1. 频率响应：表面肌电信号的频率范围一般在10Hz到500Hz之间。

放大器必须能够在这个频率范围内保持相对平坦的增益响应，以确保准确的信号放大。

2. 噪声特性：由于表面肌电信号是微弱的生物电信号，放大器必须具有很低的噪声水平。

低噪声放大器可以帮助提高信号的信噪比，从而更好地提取有用的生物电信号。

3. 输入阻抗：放大器的输入阻抗应该足够高，以确保信号源不被放大器本身的阻抗所影响。

一般来说，输入阻抗应该在100兆欧姆以上，以满足表面肌电信号检测的要求。

4. 输出阻抗：放大器的输出阻抗应该尽可能低，以便有效地传输信号和减少干扰引入。

基于以上要求，我们可以选择一些常用的放大器电路拓扑结构，如差分放大器、运放放大器等。

根据具体需求，我们可以做出适当的选择和调整。

在进行实际电路设计时，还需要注意电源噪声的抑制和电路的稳定性，以避免产生不必要的干扰和失真。

二、噪声分析噪声是表面肌电信号检测电路中的一个常见问题。

噪声可以来自各种各样的源，如电源、电路元件和环境。

因此，在进行噪声分析时，我们需要从源头入手，逐个分析和优化。

首先，电源噪声是一个重要的噪声源。

当设计电源供电电路时，我们应该选择低噪声的电源，例如线性稳压器或低噪声开关稳压器。

此外，还可以采用滤波电容和地线设计来有效地抑制电源噪声的传播。

其次，电路元件本身也会引入噪声。

例如，运放引入的噪声主要来自其输入电压噪声和电流噪声。

在选择运放时，我们应该注重其噪声指标，尽量选择低噪声的运放器件。