[嵌入式] 运放的噪声分析--你好放大器

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[嵌入式]运放的噪声分析--你好放大器

一：认识噪声

1.1? 噪声的特点：1)噪声频率是广谱的? 2）无穷大的时间内，噪声的有效值是确定的

1.2? 噪声的大小：噪声的峰峰值是有效值的6.6倍

1.3? 噪声的有效值：噪声的有效值可以理解为一个波动电压U(t)的大小，当其加载在一个固定电阻R上，R上的热损(理想)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 因此可以得到瞬态功率公式：P(t) = u^2(t)/R? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 在T时间内的做功计算为：?? $W = \int_{0}^{T}\frac{u^2(t)}{R}dt$

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 此做工和直流电压Urms在时间T内做工是相同的? ? $W = T*\frac{u^2(t)}{R}dt$

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 由此得到? ? $Ep = U ^2rms = \frac{1}{T}\int_{0}^{T}u^2(t)dt$ 此处的Ep是一个新的表示，称之为电能力，即为有效值的平方。而波动电压的有效值为

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? $Urms = \sqrt{\frac{1}{T}\int_{0}^{T}u^2()dt} = rms(u(t))$

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 有效值是对电压大小的描述，电能力是对做工大小得描述。

为什么引入电能力，而不是使用有效值，是因为有效值不具有可加性，电能力具有可加性。当一个噪声信号由若干个随机组成，每个电能力之和为总噪声波形的电能力。

一段噪声中各个频率处的电能力密度，组成了电能力随频率变化的曲线，电能力密度曲线。单位为 $V^2/HZ$ .进一步优化我们得到了新的定义噪声电压密度 $v/\sqrt{HZ}$ .

?二：计算运放的噪声

运放组成的放大电路，噪声源不是单纯的运放噪声还有外接的电源，电阻，PCB寄生参数等引起的噪声，如果忽略其它的噪声源可如下计算

运放的噪声计算，首先需了解运放的噪声源，一般可以分为两类，白噪声和1/f噪声，1/f噪声随着频率的增高而下降，白噪声一般分布在整个区段，与频率无关，是一条直线，如下图。运放的噪声是两种的合成。

?对于不想计算还想得出噪声大小的一般可以从手册中读图，一般手册给出的是0.1hZ~10hZ的等效噪声的峰峰值值如下op2177的指标 vpp约为400nVpp,当然也可以通过计算获得，就是比较麻烦。此处不做详细解释

三：噪声计算中得有趣现象

提问1：2个1K得电阻串联和1个2K得电阻噪声一样吗？

? ? ? ?对于热噪声为主得电阻来说，串并联都不会影响其热噪声。以下几种都是相同得

?如何降低运放得输出噪声，有以下几种措施

1)尽量降低放大电路得带宽，噪声表达式中等效带宽对噪声得影响是巨大得

2）选择等效带宽内噪声密度小得运放，一般注重噪声电压密度，在外部电阻比较大得时候还需选择电流噪声密度小得运放，如白噪声密度K,低频时候需注意1/f得噪声C

3)选择较小得外部电阻

4)合理布置滤波器位置和类型

最后杀手，可以进行运放得并联，输入信号不变化得情况下，输出变为原来得 $1/\sqrt{n}$ 倍，代价较大

?提问2：先滤波还是先放大？

????????从计算得角度来说，滤波放置在后面比较好。因为多级放大电路中，当滤波器前置得时候，会导致后续运放进行噪声计算时候，无法选取合适得等效带宽，我们知道多级运放得等效带宽是取决于最后一级得带宽。滤波器后续等效带宽计算就比较困难了。滤波器后置，其它都可以以滤波器本身得截止频率作为等效带宽。前置后续就无法使用UNI1较小得截止频率，后续得A2得UNI2很大。