前置放大器电路噪声分析
前置放大器的低噪声设计
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｐ ｒ ｅｅ ｔ ｃｄ ｔ ｃｏ ＇ ｏ ｔ ｕ ｉ ｎ ｌｓｖ ｒ ａ ｓｒ ｃ ： ｙ ｏ ｌｃｒ ｅ ｅ ｔ ｒ ｕ ｐ ｔ ｇ ａ ｅ ｗｅ ｋ， Ｓ ｅｒ ｓ ｏ ｓ ａｅｉ ｗ， ｔ ｅｐ ｅａ ｌ ｅ ｓ ｂ ｓ ｄｉ ｉ ｓ ｓ ｉ ｙ Ｏｔ ｐ ｎ ｅｒｔ ｌ ｈ ｅ ｓｏ ｈ ｒ — ｍｐ ｉ ｒ ｉ ｆ ｍｕ ｔ ｅｕ ｅ ｎ
ｃ ｎｕｔ ｎｎｏｄｒｏｍｐｏ ｅ ｅ ｅｐ ｎ ｅａｅ Ｏ ｒ－ ｐｉｅ ｎ ｉ ａｔ ｎ ｅｐｎ ｅａｅ ｅｔＴ ｅ ａｅ ａｔｆ ｍ ｏｊｃｉ ｅ ｒｖ ｓｏ ｓ ｔ，Ｓ ｅａ ｌ ｒ ｏｓ ｉ ｃ ｓｏ ｓ ｔｓ ｒａ． ｈ ｐｒｔｒ ｏ ｏ ｉ ｒ ｔｉ ｈ ｔ ｒ ｒ ｐ ｍ ｆ ＇ ｅｍｐ ｏ ｒ ｉ ｒ ｇ ｐ ｓ ｓｒ
此前置放大器的噪声对响应率的影响很大。本文从 热释 电探测器对前置放 大器的要求入手 ，从噪声 匹配的方 法、无
源器件的选取以及放 大器的屏 蔽与接地三个 角度提 出如何降低 前置放 大器的噪 声以提 高响应率。 关键词 ：热释电探 测器；前置放 大器；响应率
中图分类号 ：Ｔ ２ ５ Ｎ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ —９７ ２ １ ０ －０ ５ －０ ６ ２ ８ ０（ ０ １） ２ ０ １ ３
对一定调制频率的光源 ，应选用窄带选频放大
人低负载电阻尼Ｃ 砭） ＆≤ 。此时，探测器的响应时间 常数为 见 和 ｃ的乘积 ，￣ － Ｌ 。其中 ｃ ｃ ［ ＲＣ ｈ ＝ ＝ Ｇ，
Ｇ为器件电容 ， 为场效应管的输入电容 。 同所 有探测 器一 样 ，热释 电探测 器 的探测 率 同 样受其噪声的限制 。热释电探测器必须考虑的基 本噪声源是 电阻的热噪声、由元件热力学特性决定 的温度或背景辐射噪声以及放大器噪声。放大器噪
前置低噪声放大器的研究与设计
ｉ ｓ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ １ ｎ Ｖ／ ￣ ／ Ｈｚ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ １ ．
目前国内外市场上有很多高性能的低噪声运算放大器可供选用不同于文献2中所描述的其低噪声特性劣于用分立元件构成的前置放大器2这些运放已经能够达到或接近由分立元件组成的放大器的性能但运放存在一些固有的缺点首先是价格昂贵其次低噪声运放一般需要至少10v5v供电电压并且电流不小于5ma这在一些低压单电源供电的场合是很难实际使用的35
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｌ ｏ ｗ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｐ ｒ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ｂ ｙ ｕ ｎ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ． Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ｂ ｙ ｏ ｐ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ
摘
要 ：为 了检测传感器输 出的微 弱信 号 ， 使用分立元件设计 了一种低 噪声前 置放 大电路。对比运放 放大 电路 ， 详细
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分 析 了 影 响 双 极 型 晶 体 管 输 入 电压 噪 声 密 度 的参 数 ， 其中 Ｉ … 和 对 电路 性 能 影 响较 大 ， 根 据 这 些 参 数 及 多 级 放 大 器 噪 声 理 论 设 计 了 电路 。分 析 了 电路 结 构 ， 并 根 据 不 同使 用 场 合 给 出 了 不 同 的 改 进 建 议 。给 出 了 幅 频 特 性 和 噪 声 密 度 曲线 ， 仿 真 和测 试 均 证 明 本 电 路 噪 声 密 度 低 于 １ ｎ Ｖ ／
半导体器件的噪声分析与抑制
半导体器件的噪声分析与抑制近年来，随着科技的飞速发展，人们对于半导体器件的需求也越来越高。
然而，随之而来的问题是，半导体器件中的噪声也越来越显著。
噪声是指在电子器件工作过程中产生的不希望的信号，它会影响到器件的性能和可靠性。
因此，对于半导体器件的噪声分析与抑制显得至关重要。
噪声分析是首要的步骤。
在半导体器件中，噪声主要来自于器件结构上的随机扰动以及电流和电压的涨落。
其中，热噪声是最常见的一种噪声，它来自于器件的温度，通常用单位带宽噪声电压密度（nV/Hz^0.5）来衡量。
当然，除了热噪声之外，还有其他噪声源，比如亚米噪声、脉冲噪声等。
这些噪声源的分析对于了解器件的性能和工作原理非常重要。
为了减少噪声对半导体器件的影响，需要进行噪声抑制的方法研究。
首先，我们可以通过改进器件结构来抑制噪声。
例如，在MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）中，通过增加栅氧化层的厚度，可以减少栅氧化层中的缺陷和介质噪声。
此外，还可以通过改变金属线的宽度和间距来减小金属线本身的电阻噪声。
其次，噪声抑制还可以通过优化电路设计来实现。
例如，针对前置放大器这一常见的电路，可以采用差模输入来降低共模噪声；对于功放电路，可以采用电流源和负反馈来减小噪声。
此外，通过合理选择工作点和增加偏置电流，也可以有效地抑制噪声。
除了改进结构和电路设计之外，选择合适的材料也可以减少噪声。
比如，在半导体器件中，硅材料是常用的材料之一，但是它的噪声相对较高。
而通过使用氮化硅等低噪声材料，可以明显降低器件中的噪声。
此外，还可以通过信号处理和滤波器设计来抑制噪声。
在信号处理的过程中，可以使用滤波器技术来滤除噪声。
常见的滤波器包括低通滤波器、带通滤波器和陷波滤波器等。
这些滤波器可以根据具体的实际情况进行选择和设计，以实现最佳的噪声抑制效果。
总之，半导体器件的噪声分析与抑制是一个复杂而重要的问题。
通过对噪声源进行分析，并采取相应的结构改进、电路设计、材料选择和信号处理方法，才能有效地减少噪声对器件性能的影响。
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，
DS-3000数据分析系统噪声分析简易操作说明
DS-3000数据分析系统噪声分析简易操作说明小野测器http://www.onosokki.co.jp/CHN/chinese.htmDS-3000数据分析系统 噪声分析操作说明注意：本资料为DS-3000数据分析系统使用方法的参考辅助说明，详细内容请参阅随机附带的DS-3000数据分析系统使用说明资料。
本资料与DS-3000数据分析系统使用说明资料如有出入之处，以DS-3000数据分析系统使用说明资料为准。
以下说明DS-3000数据分析系统，利用传声器及前置放大器MI 系列或声级计作为传感器来进行的噪声分析的操作方法。
■ 系统构成由DS传感器与处理系统的连接DS-3000可对应利用传声器或声级计，进行噪声测量分析。
1） 传声器及前置放大器MI 系列使用时的连接方法如使用传声器及前置放大器组合可不通过传感器放大器直接连接传感器到DS 系统。
2） 声级计作为传感器使用时的连接方法声级计的AC信号输出经BNC信号电缆连接DS系统以上是使用1套传感器连接DS 进行1通道噪声测量分析的连接方法。
通常，MI 系列传声器及前置放大器组合，声级计可以与DS 系统的输入单元中任意一个输入通道（1-4通道，最大32通道）相连接。
DS 主机及信号输入单元的各部名称噪声测量时传感器的设置进行噪声测量时通常使用传声器或声级计作为信号传感器，传声器或声级计可使用三脚架固定设置在被测物附近，传声器应指向被测物的方向。
同时为了测量分析数据的比较，进行比较测量时，应确保传声器头部到被测物的距离一致。
传声器及前置放大器使用固定件MI-0301，安装在三脚架上。
声级计则可直接安装在三脚架上。
＜正面＞（转速信号等）＜ 背面 ＞端子（选配件）DC直流电源端子（可使用AC电源适配器或DC直流电源）保护配件■ 操作说明流程1 测试软件的起动2 创建新测试项目3 表示画面的设定4 信号输入源的表示设定5 输入通道CCLD的设定（使用传声器及前置放大器组合时）6 测量分析的开始/停止7 波形表示的Y轴表示形式8 测量单位设定与校准9 输入电压量程10 测量分析频率量程范围11 频率特性加权12 功率谱的平均处理13 Y轴尺度表示14 指示光标的表示与指示值15 数值表的表示16 3维数据图形表示17 倍频程数值的计算表示18 数据保存19 保存数据的读取表示20 测量分析数据的比较21 数据及波形画面的复制22 测试项目的保存与读入23 再起动时的条件设定24 测试的结束■ 操作说明1测试软件的起动起动电脑并接通DS的电源。
电唱机前置放大器
如图所示为低噪声高保真RIA前置放大电路。
该电路使用了一片超低噪声精密运放O PA37E和一片介质隔离场效应管输入型宽带运放OPA606。
OPA37E运放作为低噪声前置放大，输入信号由电磁式拾音器取得，并送入OPA37E的同相输入端(引脚3)，与电磁式拾音器配合的负载R和C(图中电阻为47.5kΩ，电容为150pF)的数值应与拾音器匹配，其大小可选用拾音器厂家推荐的数据。
引脚6、2之间的阻值为2.49kΩ的电阻为反馈电阻，它与阻值为49.9Ω的电阻构成前置级电压串联负反馈，因而OPA37E放大电路的电压放大倍数为A v1=(1+2.49kΩ／49.9Ω)=51倍，0PA37E的输出电压由引脚6送出，并经阻容网络(电阻为7. 32kΩ、1.05kΩ，电容为0.1μF、0.3μF)组成双时常数电路，用以改善频率特性，该网络对音频信号将引入一定的衰减。
由OPA37E输出的信号送入后级OPA606的同相输入端(引脚3)，由3.74MΩ和200Ω电阻构成反馈电路，并引入电压串联负反馈，由反馈支路可得该级的电压放大倍数为20倍。
考虑到电路中三部分(OPA37E前置放大，双时常数阻容网络和后级0PA606)的影响，整个电路在中频段的总电压放大倍数约为100倍。
由于OPA37E的低噪声特性和OPA606的高保真(宽带)特性，保证了电唱机前置放大器具有极优良的性能。
电路中所有电阻应选用高精度(1％)的金属膜电阻，电容应选用有机合成膜电容(如涤纶电容、聚丙烯电容等)，并应在正、
负电源端(引脚7、4)外接足够大的去耦电容。
放大器的噪声分析
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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
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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
低噪声放大实验技术的电路设计与噪声测量方法
低噪声放大实验技术的电路设计与噪声测量方法引言：在电子领域中，噪声一直是一个令人头疼的问题。
尤其在放大器设计中，噪声的存在对信号品质产生不可忽视的影响。
为了提高放大器的性能和减少噪声的影响，低噪声放大器设计技术得到了广泛的研究与应用。
本文将介绍低噪声放大实验技术的电路设计以及常用的噪声测量方法。
一、低噪声放大器电路设计1. 噪声源识别在进行低噪声放大器设计之前，首先需要识别噪声的来源。
在放大器中，噪声主要有热噪声、亚瑟贝克效应和1/f噪声等。
了解噪声源的类型可以有针对性地进行电路设计和噪声分析。
2. 选择低噪声元件在放大器电路中，选择低噪声元件是实现低噪声放大的重要步骤。
例如，低噪声管可以在前置放大器中使用，而噪声系数较小的电阻器则可以在电路中使用。
3. 优化电路布局电路的布局也对噪声性能产生影响。
在电路设计中，应尽量避免元件之间的相互干扰，减少电流回路的面积。
同时，还可以采取屏蔽措施，减少外界干扰对电路的影响。
4. 运用差动对抗共模噪声技术差动对抗共模噪声技术是一种常用的低噪声放大器设计方法。
通过在电路中引入差动对抗结构，可以有效抑制共模噪声的影响，提高信号的纯净度。
5. 使用负反馈技术负反馈技术在放大器设计中被广泛应用。
通过引入负反馈回路，可以降低放大器的噪声系数，提高整体的信噪比。
在设计中，合理选择反馈系数和优化反馈回路的参数是关键。
二、噪声测量方法1. 噪声功率谱密度测量噪声功率谱密度是描述噪声分布频率特性的重要参数。
常用的测量方法是通过谱分析仪进行，将信号输入到谱分析仪中，然后读取噪声功率谱密度曲线。
此方法适用于分析噪声的频域分布特性。
2. 噪声参数测量常见的噪声参数包括噪声系数、亚瑟贝克系数和1/f噪声系数等。
测量方法主要通过连接噪声源和测量设备，例如噪声系数测量器，对噪声参数进行测量并记录结果。
3. 热噪声测量热噪声是放大器中最主要的噪声源之一，测量方法通常是通过连接热阻或热电偶等元件，将其输入到噪声测量装置中进行测量。
电荷灵敏前置放大器噪声系数测量实验报告
电荷灵敏前置放大器噪声系数测量实验报告班级：姓名：学号：一、实验目的1、研究电荷灵敏前置放大器不同功率谱的噪声成分及其特性；2、通过实验数据定量分析成形时间对等效噪声电荷（ENC）的影响，从而分离出各个噪声成分；3、加深对电荷灵敏前置放大器噪声ENC的理解，同时熟练掌握电荷灵敏前放的噪声测试方法以及主放和多道分析仪等常用核仪器的使用。
二、实验原理核辐射测量中，探测器输出的信号往往较小，需要加以放大再进行测量。
其中放大器又分为前置放大器与主放大器两部分。
前置放大器的主要作用有两点：1、提高系统性噪比；2、减小信号经电缆传送时外界干扰的影响。
探测器将粒子的信息转化成电流或电压信号后直接传入紧跟其后的前置放大器。
经前置放大器放大、成型后传输到线性放大器，经后续的电路处理得到粒子的电荷、能量、速度、时间等信息。
前置放大器紧跟探测器，一般直与和探测器做成一体，这样有利于提高信噪比，信号经前放放大，抗干扰能力增强，以方便较远距离的传输。
在能谱和时间测量系统中，前置放大器按输出信号所保留的信息特点，大致可以分为两类。
一类是积分型放大器，包括电压灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器，它有输出信号幅度正比于输入电流对时间的积分，即输出信号的幅度和探测器输出的总电荷量成正比。
另一类是电流型放大器，亦即电流灵敏前置放大器，它的输出信号波形应与探测输出电流信号的波形保持一致。
前置放大器有多种，总的来说可以分为积分型放大器（包括电压灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器）和电流型放大器（主要是电流灵敏前置放大器）。
电荷灵敏前置放大器原理图如下：图1 电荷灵敏前置放大器原理图由于前置放大器的噪声将经过主放大器的放大输出，所以其对最后信号的信噪比影响很大，本实验就是要测定前置放大器的噪声系数。
前置放大器的噪声主要包括沟道热噪声、输入端串联电阻噪声、晶体管沟道1/f噪声、探测器漏电流散粒噪声、反馈电阻噪声、前放输入晶体管漏电流散粒噪声等。
电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计
Ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ Ｌ ｐ ｐ ｌ ｙ ｄ ａ ｅ ｎ ｏ ｉ ｓ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ － ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｔ ｉ ｅ ｒ
Ｘ Ｉ Ａ Ｏ Ｈ ａ ｉ － ｊ ｕ ｎ ， Ｚ ＨＡ Ｎ Ｇ Ｌ ｉ ｕ － ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｘ Ｉ Ａ Ｏ Ｓ ｈ ａ — ｌ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｘ ｉ ａ ｎ － ｃ ａ ｎ ｇ ， Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｚ ｈ ｅ ｎ — ｈ ｕ ａ
・电子 电路 ・
电荷灵 敏前 置放 大器 消 除 电源 噪声 的设 计
肖海军 ， 张流 强 ， 肖沙 里 ， 李先 仓 ， 黄振 华
（ 重庆大学光电技术及系统 教育部重点实验室 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ０）
摘
要： 在高灵敏度光电探测领域， 常常采用雪崩二极管（ Ａ Ｐ Ｄ ） 等高增益探测器， 这些探测器
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｈ ｉ ｇ ｈ ｇ ａ ｉ ｎ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ａ ｖ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ （ Ａ Ｐ Ｄ ） ａ ｒ ｅ ｗ ｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｎ
第４ ３卷 第 ２期
２ ０ １ ３年 ２月
激 光 与 红 外
Ｌ Ａ Ｓ Ｅ Ｒ ＆ Ｉ ＮＦ ＲＡＲＥ Ｄ
Ｖｏ １ ． ４３， Ｎｏ． ２
Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ， ２ ０ １ ３
文章编号： １ ０ ０ １ － ５ ０ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ １ ９ ０ － ０ ５
2-2放大器的噪声系数
以M=3为例,输出噪声功率
Po = K1 K 2 K 3 Pi + K 2 K 3 P + K 3 P2 + P3 1
P P0 F= 0 = K p Pi K1 K 2 K 3 Pi = 1+ P3 P P2 1 + + K1 Pi K1 K 2 Pi K1 K 2 K 3 Pi
Po1 P = 1+ 1 K1 Pi K1 Pi
噪声系数概念仅适用于线性电路，对非线性电路无意义。
By TianGJ,YanshanUniv
2.2 放大器的噪声系数
噪声因数: 用db表示的噪声系数。
Rs
放大器
vs
RL
NF = 10 lg F
对数可以把乘法运算转化为加法运算,这给级联系统增益的计 算带来方便。 数学中的许多函数具有优良的变换特性。适当变换分析 域，可以简化问题。例如傅立叶变换及拉氏变换将微分运算 化为乘法运算，积分运算化为除法运算；小波变换把尺度在 时间和频率域任意伸缩；近来在图象处理领域又开发出 curvelet 和 contourelet transform。
Rs
放大器
vs
RL
Esi = Psi = F • SNRo • Pni
噪声系数F越大，Esi越大，检测 分辨率越低（实际上任意输入都被 同样幅度的噪声电平扰动） 减小带宽，检测分辨率提高 减小信号源内阻，检测分辨率提高 降低温度，检测分辨率提高
Pni = 4kTRs B
Esi = Psi = F • SNRo • Pni = F • SNRo • 4kTRs B ≈ 0.566 μV
By TianGJ,YanshanUniv
电压灵敏前置放大器工作原理
电压灵敏前置放大器工作原理答：电压灵敏前置放大器是一种用于增强微弱电信号的电子设备。
它在许多应用中都扮演着关键的角色，如音频处理，雷达和声纳系统，电子显微镜，以及许多其他需要放大微弱电信号的场合。
下面，我们将详细讨论电压灵敏前置放大器的工作原理，主要包括输入阻抗、增益、带宽、噪声性能和线性度等方面。
1. 输入阻抗输入阻抗是指电压灵敏前置放大器对于输入信号的电阻抗。
理想情况下，该值应尽可能高，以减少对输入信号的衰减。
实际上，输入阻抗通常是由输入级电路的元件决定的，如场效应管或晶体管。
这些元件的选择和设计需要以达到最佳的信号保真度和最小的噪声为准则。
2. 增益增益是电压灵敏前置放大器的另一个重要特性。
它表示放大器输出的信号强度与输入信号强度的比值。
电压灵敏前置放大器的增益通常很高，可以达到20 dB或更高。
此外，增益通常与频率有关，这就是所谓的频率响应。
一些电压灵敏前置放大器在宽频率范围内具有稳定的增益，这对于许多应用来说是非常重要的。
3. 带宽带宽是衡量电压灵敏前置放大器处理信号速度的一个重要指标。
它通常定义为放大器能够处理的最高频率与最低频率之差。
在实际应用中，带宽通常受到多种因素的影响，如电源噪声、热噪声、以及非线性效应等。
为了在高速信号处理中获得最佳性能，电压灵敏前置放大器的带宽需要足够宽。
4. 噪声性能噪声是电压灵敏前置放大器的一个重要限制因素，尤其是在处理微弱信号时。
噪声可以是电阻热噪声、闪烁噪声、或者1/f噪声等。
为了提高信噪比（SNR），电压灵敏前置放大器的设计需要尽量降低内部噪声。
这通常是通过选择低噪声元件和优化电路设计来实现的。
5. 线性度线性度是指电压灵敏前置放大器对输入信号的放大或缩小与其输入成正比的能力。
在大多数应用中，线性度是一个关键参数，因为它可以防止信号失真和产生不希望的结果。
有多种方法可以提高电压灵敏前置放大器的线性度，包括使用适当的反馈网络、优化器件偏置以及采用差分对电路等。
电路噪声相关知识解读
电路噪声相关知识解读电路噪声对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。
最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。
但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。
例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。
可能以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。
例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。
对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。
又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。
在电子学中常使用干扰这个术语，有时会与噪声的概念相混淆，其实，是有区别的。
噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。
而电路中存在着噪声，却不一定就有干扰。
在数字电路中。
往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。
但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。
当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。
而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。
一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成干扰。
电子电路中噪声的产生如何抑制？这个东西主要是由于电路中的数字电路和电源部分产生的。
在数字电路中，普遍存在高频的数字电平，这些电平可以产生两种噪声：1、电磁辐射，就像电视的天线一样，通过发射电磁波来干扰旁边的电路，也就是你说的噪声。
2、耦合噪声，指数字电路和旁边的电路存在一定的耦合，噪声可以直接在电器上直接影响其他的电路，这种噪声更厉害。
光电转换前置放大器的噪声分析
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［ ３ ］ ＮＯＲ Ｄ ＨＩ Ｊ ） Ｅ Ｈ， Ｊ （ ） Ｎ Ｆ Ｅ Ｉ ） ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍ ｅ ｌ ｙ ｌ ｏ ｗ — ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｐ ｒ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｅ ｒ ｓ ￣ Ｊ ］ ．Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ， １ ９ ８ ３ ． ［ ４ ］ Ｊ （ ） ＨＮＳ （ ） Ｎ Ｊ Ｂ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ａ ｇ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｐ ｈ ｙ ｓ ．Ｒ ｅ ｖ ， Ｊ ｕ ｌ ｙ， １ ９ ８ ２ ， ３ ２ ： ９ ７ — １ ０ ９ ． ［ ５ ］ Ｆ Ｉ Ｓ Ｈ Ｐ Ｊ ．Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ［ Ｍ］ ．
特性 最佳 。
参 考 文 献
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［ １ ］ 曾庆 勇． 微 弱 信 号 榆 测 ［ Ｍ］ ． 杭州： 浙 江 大 学 出版
Ｌ ｏ ｎ ｄ ｏ ｎ ： Ｍａ ｃ ｍｉ ｌ ｌ ａ ｎ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ Ｌ ｔ ｄ， １ ９ ９ ３ ．
【 皋 Ｊ ２ 光电转换 电路模型
［ ６ ］ 戴逸松 ． 电子系统噪声 及低噪 声设计方 法［ Ｍ］ ． 吉林 ：
2.5.8 TS472 低噪声麦克风前置放大器电路
2.5.8 实训思考与练习题4：制作TS472麦克风前置放大器
试制作图2.5.14所示采用TS472的低噪声麦克风前置放大器电路。
图2.5.14 采用TS472的低噪声麦克风前置放大器电路
制作提示：
1. TS472的主要技术特性
TS472是一个先进的麦克风前置放大器芯片，噪声为10 nV/√Hz，失真度为0.1%，-3 dB 带宽为40 kHz，启动时间为 5 ms，采用单电源供电，工作电源电压为2.2~5.5 V ，电流为1.8 mA，提供2.0 V 低噪声的麦克风偏置电压输出，采用flip-chip - 12和QFN24 4×4 mm 封装，QFN24 4×4 mm封装外形与引脚端封装形式如图2.5.15所示。
（a）QFN24 4×4 mm封装外形
（b）引脚端封装形式
图2.5.15 TS472 QFN24封装外形与引脚端封装形式
２.电路元器件参数表
电路元器件参数表如表2.5.2所示。
3. 参考的PCB图
一个参考的PCB设计图如图2.5.16所示。
注意：元器件布局图中所有元器件均未采用下标形式。
（ａ）PCB顶层图（b）PCB底层图
图2.5.16 参考的PCB设计图。
低噪声前置放大器设计
低噪声前置放大器设计前置放大器是音频电路中非常重要的一环，它的作用是把微弱的信号放大到足够的水平，以便进一步处理。
但是，前置放大器的设计常常面临着两个矛盾的要求：一方面要有足够大的增益，另一方面却受到噪声的影响。
所以，低噪声前置放大器的设计就显得尤为重要。
一、前置放大器的作用在音频系统中，前置放大器一般用于放大信号源的信号。
常见的信号源包括唱头、话筒、电吉他、电视机、录音机等。
这些信号来源的信号一般都较弱，需要通过前置放大器进行放大，以便后续的处理电路对信号进行处理。
二、前置放大器的设计要求前置放大器的设计要求在于：高放大倍数、高输出阻抗、低噪声系数、线性度高等。
其中，低噪声是比较关键的一个因素。
低噪声是指前置放大器在工作时，所产生的噪声尽量小。
因为信号在传输的过程中，总会被外部环境的噪声所干扰。
这些干扰对信号有一定的影响，而前置放大器的噪声就会使这种影响更加显著。
三、低噪声前置放大器的设计方法设计低噪声前置放大器的方法有很多，这里介绍一种通用的方法：1、选择低噪声电源前置放大器的电路设计中应该考虑到电源的质量，因为电源的噪声直接会影响到整个电路的噪声。
选择低噪声电源可以降低电源本身的噪声，从而降低整个电路的噪声。
2、选择低噪声元器件在电路设计中，选择低噪声的电阻、电容等元器件是非常重要的。
这些元器件的噪声系数较低，可以减少电路中的噪声。
3、升频器件的选择升频器件是前置放大器中最重要的部分。
选择低噪声、高增益的升频器件可以提高整个前置放大器的性能。
一般情况下，可用场效应管或双极性晶体管作为升频器件。
4、建立好的接地系统在前置放大器的电路中，接地系统是非常重要的，因为不好的接地系统也会增加电路的噪声。
为了保证前置放大器的噪声系数低，应该建立好的接地系统。
四、结语低噪声前置放大器的设计涉及到很多方面的知识点，需要进行深入研究。
上文简单介绍了低噪声前置放大器的设计方法，但是在实际应用中，情况千差万别，需要根据实际情况进行调整。
低噪声前置放大器的选用资料
Vsi R1 +
Vo
OP07
-
RF1 RF2
RF
Vsi R1 -
Vo
OP07
+
RF
电压串联负反馈；电压并联负反馈
反相比例放大电路不会引入共模干扰， 但容易引入电阻的热噪声；同相比例放 大电路容易实现低噪声设计。
22
13
补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响
（1）并联负反馈的噪声贡献等效于负反馈合 成电阻与探测器的并联
• 与探测器并联的阻抗元件，应满足 Rcp>>En/In Xcp>>En/In
其中Zcp=Rcp+jXcp，Rcp和Xcp分别为并联的阻 性和容性阻抗。
14
补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响
（2）串联负反馈的噪声贡献等效于负反馈合 成电阻与探测器的串联
• 与探测器串联的阻抗元件，应满足 Rcs<<En/In Xcs<<En/In
其中Zcs=Rcs+jXcs，Rcs和Xcs分别为串联的阻性 和容性阻抗。
15
补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响
（3）接口电路电阻两端的直流电压应尽 量减小，以减小电阻元件的1/f 噪声。
16
补充：偏置电路和负反馈电路的噪声影响
En2i
En2o KV2
En2s
En2
I
2 n
Rs2
11
En2i
En2o KV2
En2s
En2
I
2 n
Rs2
(Eni )2 4kTRsf f (
En )2 f ( f
噪声分析仪操作规程
AWA5636-0型（噪声分析仪）操作规程1、工作原理噪声分析仪是由传声器将声音转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配。
放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权（或外接滤波器），然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器（或外按电平记录仪），在指示表头上给出噪声声级的数值。
2、性能指标（1）频率范围：20Hz～12.5kHz；（2）测量上限：>130dBA；（3）本机噪声：<30dBA；（4）校准：使用AWA6221B型声级校准器（2级）；（5）外形尺寸：l×b×h（mm）：210×68×27（mm）；（6）质量：240g。
3、工作条件（1）环境温度：（0～40）℃；（2）相对湿度：（25～90）%；（3）气压：（65～108）kPa；（4）电源：4个（7#）碱性电池，可连续工作12小时以上。
外接电源4.5～5.5V，耗电不大于60mA。
4、操作步骤（1）使用前的准备①检查电容传声器和前置放大器是否已安装好。
②检查电池是否已装好，如未安装则应推开噪声分析仪背面电池盖板，接正确极性安装好电池。
③必要时，应使用声校准器对噪声分析仪进行校准，校准方法见“4（3）”。
④当在有风的场合下进行测量时可以使用风罩以降低风噪声的影响。
⑤当噪声分析仪长时间连续使用时，建议用外接电源供电。
（2）操作①按下“ON/Reset”键开机，此时显示数值为A计权声压级Lp，为一秒内最大声级。
若示值变化大，可按“F/S”键设置时间计权。
②按下“Lp/Lmax”开关，使显示器左边显示出“HOLD”号，为当前最大值。
③当被测声级超过最大测量范围上限时，显示器上方“过载”处灯点亮，此时测量结果不准确，但仪器不会受损。
④当仪器900秒以上没按过按键，仪器自动关机。
（3）校准仪器出厂时已经进行过校准与检定，所以在一般情况下不需进行校准。
但如较长时间不用，或更换传声器，或经过检修，则需进行校准。
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一、引言表面肌电信号检测广泛应用于医学、生理学、运动科学等领域，对于研究肌肉活动、评估运动状态以及设计康复设备等具有重要意义。
在表面肌电信号检测系统中，放大器是其中至关重要的一部分。
本文旨在探讨表面肌电信号检测电路的放大器设计和噪声分析。
二、放大器设计放大器设计是表面肌电信号检测系统的关键组成部分，其目标是实现对来自皮肤表面的微弱肌电信号进行放大，提高信号与噪声的比值，以便后续的信号处理和分析。
（一）前置放大器设计表面肌电信号幅度通常为微伏级别，因此需要前置放大器来实现对信号的首次放大。
前置放大器应具备低失真、高增益和宽通频带等特性。
为了降低噪声干扰，常采用差分放大器的结构，并在输入端加入带通滤波器以滤除非肌电信号。
（二）后续放大器设计前置放大器通常会引入一定的噪声，为了进一步提高信噪比，后续放大器的设计需要考虑对信号进行进一步放大，并抑制噪声的影响。
后续放大器的增益应根据应用需求和信号水平进行选择，同时考虑放大器的线性度和失真等因素。
三、噪声分析噪声是影响表面肌电信号检测系统性能的重要因素之一。
噪声可以分为两类：信号源本身的噪声和电路元件引入的噪声。
（一）信号源本身的噪声表面肌电信号本身存在一定的噪声，如交流噪声、肌电随机波动等。
这些噪声在信号采集过程中会被不可避免地放大，因此需要在设计放大器时充分考虑如何降低这些噪声的影响。
（二）电路元件引入的噪声电路元件的噪声主要来自于热噪声和1/f噪声。
热噪声是由于电阻元件内部的电子热运动引起的，其功率谱密度与频率无关。
1/f噪声则是源于电子元件表面的杂散电荷和界面效应引起的低频噪声，其功率谱密度与频率成反比。
在放大器设计中，需要采用低噪声元件，选择适当的工作温度和偏置电流，以降低这些噪声的影响。
四、结论表面肌电信号检测电路的放大器设计与噪声分析对于实现精确、可靠的信号采集具有重要意义。
在设计放大器时，需要充分考虑前置放大器和后续放大器的特性，以及噪声的来源和降低方法。
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前置放大器电路噪声分析
前置放大器在音频系统中的作用至关重要。
本文首先讲解了在为家庭音响系统或PDA设计前置放大器时，工程师应如何恰当选取元件。
随后，详尽分析了噪声的来源，为设计低噪声前置放大器提供了指导方针。
前置放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备，例如置于光盘播放机与高级音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。
前置放大器是专为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，有时甚至在传送到功率放大器级之前便先行加以调节或修正，如音频前置放大器可先将信号加以均衡及进行音调控制。
无论为家庭音响系统还是PDA设计前置放大器，都要面对一个十分头疼的问题，即究竟应该采用哪些元件才恰当？
元件选择原则
由于运算放大器集成电路体积小巧、性能卓越，因此目前许多前置放大器都采用这类运算放大器芯片。
我们为音响系统设计前置放大器电路时，必须清楚知道如何为运算放大器选定适当的技术规格。
在设计过程中，系统设计工程师经常会面临以下问题。
1、是否有必要采用高精度的运算放大器？
输入信号电平振幅可能会超过运算放大器的错误容限，这并非运算放大器所能接受。
若输入信号或共模电压太微弱，设计师应该采用补偿电压（Vos）极低而共模抑制比（CMRR）极高的高精度运算放大器。
是否采用高精度运算放大器取决于系统设计需要达到多少倍的放大增益，增益越大，便越需要采用较高准确度的运算放大器。
2、运算放大器需要什么样的供电电压？
这个问题要看输入信号的动态电压范围、系统整体供电电压大小以及输出要求才可决定，但不同电源的不同电源抑制比（PSRR）会影响运算放大器的准确性，其中以采用电池供电的系统所受影响最大。
此外，功耗大小也与内部电路的静态电流及供电电压有直接的关系。
3、输出电压是否需要满摆幅？
低供电电压设计通常都需要满摆幅的输出，以便充分利用整个动态电压范围，以扩大输出信号摆幅。
至于满摆幅输入的问题，运算放大器电路的配置会有自己的解决办法。
由于前置放大器一般都采用反相或非反相放大器配置，因此输入无需满摆幅，原因是共模电压（Vcm）永远小于输出范围或等于零（只有极少例外，例如设有浮动接地的单供电电压运算放大器）。
4、增益带宽的问题是否更令人忧虑？
是的，尤其是对于音频前置放大器来说，这是一个非常令人忧虑的问题。
由于人类听觉只能察觉大约由20Hz至20kHz频率范围的声音，因此部分工程师设计音频系统时会忽略或轻视这个“范围较窄”的带宽。
事实上，体现音频器件性能的重要技术参数如低总谐波失真（THD）、快速转换率（slew rate）以及低噪声等都是高增益带宽放大器所必须具备的条件。
深入了解噪声
在设计低噪声前置放大器之前，工程师必须仔细审视源自放大器的噪声，一般来说，运算放大器的噪声主要来自四个方面：
1、热噪声（Johnson）：由于电导体内电流的电子能量不规则波动产生的具有宽带特性的热噪声，其电压均方根值的正方与带宽、电导体电阻及绝对温度有直接的关系。
对于电阻及晶体管（例如双极及场效应晶体管）来说，由于其电阻值并非为零，因此这类噪声影响不能忽视。
2、闪烁噪声（低频）：由于晶体表面不断产生或整合载流子而产生的噪声。
在低频范围内，这类闪烁以低频噪声的形态出现，一旦进入高频范围，这些噪声便会变成“白噪声”。
闪烁噪声大多集中在低频范围，对电阻器及半导体会造成干扰，而双极芯片所受的干扰比场效应晶体管大。
3、射击噪声（肖特基）：肖特基噪声由半导体内具有粒子特性的电流载流子所产生，其电流的均方根值正方与芯片的平均偏压电流及带宽有直接的关系。
这种噪声具有宽带的特性。
4、爆玉米噪声（popcorn frequency）：半导体的表面若受到污染便会产生这种噪声，其影响长达几毫秒至几秒，噪声产生的原因仍然未明，在正常情况下，并无一定的模式。
生产半导体时若采用较为洁净的工艺，会有助减少这类噪声。
此外，由于不同运算放大器的输入级采用不同的结构，因此晶体管结构上的差异令不同放大器的噪声量也大不相同。
下面是两个具体例子。
1、双极输入运算放大器的噪声：噪声电压主要由电阻的热噪声以及输入基极电流的高频区射击噪声所造成，低频噪声电平大小取决于流入电阻的输入晶体管基极电流产生的低频噪声；噪声电流主要由输入基极电流的射击噪声及电阻的低频噪声所产生。
2、CMOS 输入运算放大器的噪声：噪声电压主要由高频区通道电阻的热噪声及低频区的低频噪声所造成，CMOS放大器的转角频率（corner frequency）比双极放大器高，而宽带
噪声也远比双极放大器高；噪声电流主要由输入门极漏电的射击噪声所产生，CMOS放大器的噪声电流远比双极放大器低，但温度每升高10（C，其噪声电流便会增加约40%。