技术编程算清放大器电路噪声RMS值的糊涂账( 二 )
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【技术编程算清放大器电路噪声RMS值的糊涂账】
图2.6 ADA4077噪声与隔离度性能
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将转角频率、1/f 噪声密度、宽带噪声密度代入式2-51 、2-53， 可以计算1Hz 至1KHz 的总噪声RMS 值为：
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放大器电路的
噪声分析
在放大器工作电路中呈现的总噪声是包括电流噪声、电压噪声、电阻噪声 。首先需要根据实际电路分析得到主体噪声因素 ， 然后将主体噪声因素的影响视为总噪声近似评估 。
【 放大器电路噪声分析示例】如图 2.78， 当信号从A 点引入 ， 电路视为反相放大电路 ， 增益为-R 2 /R 1， 当信号从B 点引入 ， 电路视为同相放大电路 ， 增益为1+R 2 /R 1， 而噪声增益都为1+R 2 /R 1。 电路折算到输入端的总噪声RMS 值e n_RTI 为式2-55：
其中 ， e nR1 、e nR2 、e nR3 为电阻R 1 、R 2 、R 3 的热噪声 ， e nA 为放大器的电压噪声 ， I n+ 、I n- 为放大器的同相、反相输入端的电流噪声 。 在均方根计算中I n- 、e nR1 、e nR2 项的影响可以忽略 ， 折合到输入端的总噪声RMS 值近似为式2-56。
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图2.78放大器电路噪声模型
如式 2-56， 通常优先考虑电压噪声密度的影响 。 电流噪声密度为 pA/ √ Hz通常 比较小 ， 只有当 R 3 电阻值大于 e n /I n （按宽带噪声密度计算）时 ， 电流噪声的影响才能体现 ， 否则电流噪声的影响可以忽略 。 只有电阻 R 3 的 阻值接近 e n /I n （按宽带噪声密度计算）时 ，R 3 热噪声的影响比较明显 。
如图2.79， ADA4807 在25 ℃环境中 ， ±5V 工作电压时 ， 100KHz 处的噪声视为宽带噪声 。 电压宽带噪声为3.1nV/ √Hz， 电流宽带噪声为0.7pA/ √Hz， 所以当R 3电阻远小于4.4KΩ 时 ， 电压噪声为主要成分 ， R3 电阻为4.4KΩ 时 ， 热噪声为主要成分 ， 当R3 电阻远大于4.4KΩ 时 ， 电流噪声为主要成分 。 数据手册另外提供电压1/f 噪声转角频率为29Hz, 提供电流1/f 噪声转角频率为2KHz。
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图2.79 ADA4807 电流噪声与电压噪声
使用ADA4807 实现图2.78 放大电路 ， 电阻R 1 为100 Ω, 电阻R 2 为900 Ω ， 分别设置R 3 的阻值为0Ω 、4.4KΩ 、440KΩ 计算电路的总输入噪声 。 其中 ， 10Hz 为1/f 噪声的最低频率点 ， 100KHz 的噪声为宽带噪声 ， 评估各种状态下输入端噪声密度 ， 如表2.8。
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表2.8 源阻抗R3对主要噪声的影响
依据表2.8 三种情况 ， 分别计算电路总噪声 ， 以及使用LTspice 进行噪声分析对比如下：
（1 ）如图2.80， 当源阻抗为0 Ω时 ， ADA4807 电压噪声为主体影响因素 ， 折算到输出的噪声为：
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图2.80 源阻抗为0Ω 的噪声仿真电路
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通过计算 电压噪声的转角频率为 25Hz与图2.79数据手册提供的29Hz接近 ， 当源阻抗为0Ω时,ADA4807在10Hz至100KHz内 ， 所产生的输出噪声电压RMS值约为9.8037uV 。
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