集成运算放大器的噪声

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1、光电信号处理华中科技大学光电子科学与工程学院低噪声集成运算放大器放大电路噪声分析集成运算放大器电路的噪声1、集成运算放大器的噪声电压噪声：En电流噪声：In2、运算放大器噪声分析方法运算放大器的各种噪声及叠加3、运算放大器放大电路的噪声分析根据运算放大器数据表上的数据计算由运算放大器为核心构成的放大电路的输出噪声。运放+外围电路1、集成运算放大器的噪声1/ƒ噪声热噪声（宽带噪声）表征噪声特性：频谱密度。电压噪声频谱密度：每平方根赫兹的有效(RMS)噪声电压（单位为nV/Hz1/2）功率谱密度单位为W/Hz1/2集成运算放大器噪

2、声频谱密度曲线1.1热噪声热噪声的重要特性之一：白噪声频谱密度图较平坦即所有频率的能量相同。因此，热噪声有时也称作宽带噪声。运算放大器也存在热噪声:热噪声频谱密度:在时间域中显示热噪声以及统计学分析结果1.21/ƒ噪声除了宽带噪声之外，运算放大器还有低频噪声区，该区的频谱密度图并不平坦。这种噪声称作1/ƒ噪声，或闪烁噪声，或低频噪声。通常说来，1/ƒ噪声的功率谱以1/ƒ的速率下降。电压谱会以1/ƒ1/2的速率下降。1/ƒ噪声也能用正态分布曲线表示。时域所对应的1/ƒ噪声及统计学分析结果1.3运算放大器噪声的标准模型包括：两个电流

3、噪声源一个电压噪声源电压噪声源：随时间变化的输入偏移电压分量电流噪声源：随时间变化的偏置电流分量。2、运算放大器噪声分析方法方法：通过对电压与电流频谱的功率谱密度曲线进行积分计算，可得到运算放大器模型中信号源的RMS幅度。频谱密度曲线：1/ƒ区低通滤波器的宽带区。计算上述两个区域的总噪声，再对两个计算的结果做和的平方根运算。如何将噪声频谱密度曲线转换为噪声源？2.1带宽校正系数低通滤波器的宽带区域进行积分计算。理想情况下，曲线的低通滤波器部分是一条直线，为理想滤波器。由于理想滤波器情况下的曲线下方区域为矩形，因此这一区域的问题比

4、较好解决，长乘宽即可。在实际情况下，不可能实现理想的滤波器。不过，可用一组常量来将实际情况下的滤波器带宽转换为等效的理想滤波器带宽，以满足噪声计算的需要。这就是带宽校正系数噪声带宽的校正理想滤波器校正系数理想滤波器的噪声带宽校正：BWn=Kn﹒ƒHƒH：上限截止频率，Kn：滤波器的校正系数。滤波阶数校正系数11.5721.2231.1641.1351.12ƒA2.2热噪声的计算计算热噪声电压公式为：热噪声电压的有效值RMS；热噪声电压密度；是热噪声宽带；计算热噪声电流公式为：根据产品说明书中的数据，用公式便可计算出热噪声2.31

5、/ƒ噪声电压1/ƒ区域1/ƒ噪声的计算对噪声频率密度图1/ƒ区域的功率频谱进行积分计算。将1/ƒ区的噪声测量结果归一化为1Hz时的噪声。是归一化为1Hz时的噪声电压，频率为ƒ时的噪声电压密度两个1/ƒ归一化示例0.1Hz时，噪声电压密度：20nV/Hz1/2归一化到1Hz：1Hz时，噪声电压密度：50nV/Hz1/21/ƒ噪声计算公式如下：是1/ƒ噪声在任意频率的有效值rms；是下限截止频率，常取0.1Hz；是归一化为1Hz时的噪声电压，是上限截止频率，常取噪声带宽BWn；2.4热噪声与1/ƒ噪声的叠加宽带与1/ƒ噪声是不相关噪

6、声源，叠加：en_v：总的噪声输入电压enf：1/f噪声电压enBB：热噪声电压1/ƒ噪声区与热噪声区重叠3、运算放大器放大电路的噪声分析运算放大器构成的放大电路：运算放大器和外围电阻运算放大器电路总噪声输入：运算放大器本身的噪声外围电阻的噪声3.1运算放大器放大电路的总输出噪声包含三大部分：运算放大器电压源的噪声运算放大器电流源的噪声电阻噪声。上述噪声源相叠加，再乘以运算放大器的噪声增益，即可得出总的输出噪声。不同噪声源及各噪声源相加再乘以噪声增益后的情况总噪声输入(RTI)3.2噪声增益噪声增益：指运算放大器电路对总噪声参考

7、输入(RTI)的增益。噪声增益与信号增益不是所有的情况下都相同。信号增益与噪声增益不同的情况（如下一页图）Vn：是指不同噪声源的噪声影响。注意：通常在工程设计中，会在同向输入端将所有噪声源等效为单个的噪声源。最后计算出运算放大器电路的噪声输出(RTO)。噪声增益与信号增益噪声增益：Noise_Gain=1+Rf/R13.3运算放大器电路的电流噪声如何将电流噪声源转换为电压噪声源？方法：是对每个电流源进行独立的节点分析并用叠加法将结果求和。将电流噪声转换为电压噪声（等效电路）运算放大器电路的电流噪声转换为等效电压噪声源的公式：en

8、_i=inReqReq=R1//Rf3.4运算放大器电路中电阻的噪声还必须考虑的另一因素：运算放大器电路中电阻的热噪声电压。用节点分析法来独立分析电压源。用叠加法与RSS添加法将结果相结合。运算放大器电路的电阻热噪声（等效电路）通过方程式Req=R1

9、

10、Rf将所