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本文主要分析一下運放電路的噪聲組成以及計算時應該要注意的地方。另外給出了一些關于運放噪聲的參考資料和計算工具。后臺回復 下載|004 下載

運放噪聲及其計算

運放構成的反向放大電路中，噪聲主要來源于三個方面：

(1)運放的輸入電壓噪聲en(在datasheet中有數據和曲線)；

(2)運放的輸入電流噪聲in(在datasheet中同樣可以找到數據和曲線)，輸入電流流過電阻后轉化為電壓噪聲；

(3)設置放大倍數的電阻R1和Rf的熱噪聲，也就是可以通過經典公式算出來的：

運放噪聲的計算就是將這三個值求出來，由于這些噪聲是不相關的，它們的矢量和即為運放的總輸入噪聲(注意只針對不相關的噪聲才適用“平方和開根”的公式)，公式如下：

我們將計算得來和輸入總噪聲加到理想運放的正輸入端，就得到了運放的噪聲模型。注意，是正輸入端，因此不管同向放大電路，還是反向放大電路對噪聲的增益均為G=1+Rf/R1。我們可以簡單理解為噪聲是疊加到運放輸入端的一個信號。如下圖，因此總輸入噪聲再乘上噪聲增益就可以得到輸出總噪聲。

上面說了一個重要問題，運放的噪聲增益。還要一個重要問題，運放的噪聲帶寬，datasheet中給出的運放噪聲參數一般為譜密度值，如1.1nV√Hz。也就是說，需要對它在噪聲帶寬中進行積分才可以得到噪聲的RMS電壓值。噪聲帶寬不同于信號的-3dB帶寬。確切的說是Brickwall濾波器的帶寬。簡單說，就是把實際的濾波器響應曲線，在保證包含面積不變時轉化成理想低通濾波器時的帶寬。好在我們可以查表得到，N階濾波器的-3dB帶寬與Brickwall 濾波器的帶寬換算系數。如下表：

Number of Poles? in Filter	Kn AC Noise Bandwidth Ratio
1	1.57
2	1.22
3	1.16
4	1.13
5	1.12

另外運放的輸入電壓噪聲和輸入電流噪聲，是與頻率有關的，在極低頻率時(0.1Hz-1kHz)主要是1/f噪聲、爆破噪聲，大于1kHz主要是白噪聲，如下圖。關于這三個噪聲，將于下一次文章中進行詳細解釋。未完待續~

參考資料：《運算放大器電路固有噪聲的分析與測量(TI合集)》；《1311?Noise?1?slides?》from TI

PS：最近更新會較慢，多多見諒~

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總結

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