什么是运放噪声频率曲线?怎么算噪声有效值?

  ,没有考虑电阻的噪声,两个10kΩ的电阻对1V直流电压分压,结果就是500mV。

  图1-1理想电阻仿线 是仿真结果,当电路开路时,电阻两头也是没有电压的,是0V。无论是万用表

  下面我们加入电阻的热噪声看下结果,电阻热噪声在库中的位置参考图1-3 。

  图1-4 是加入电阻热噪声的仿线KHz,此时电阻即使是开路状态,也会在两端产生电压波动,产生噪声,用万用表交流档测量电阻两头电压有效值是4uV,电阻两头开路时热噪声计算公式如下:

  当温度是27℃(300开尔文)时,10KΩ的电阻,在带宽为100KHz放大电路中,电阻两头的开路热噪声电压有效值是4uV。这个结果我们仿真的结果一致,上面的公式也说明了电阻越大噪声越大,这也就是我们基于运算放大器

  图1-6 是运放的噪声曲线,几乎每一个运放都会给出这样的曲线图,第一行是时域的峰峰值噪声图,主要以0.1Hz-10Hz为主(加入了滤波功能,只观察0.1Hz-10Hz这部分的噪声),这一部分以闪烁噪声为主,闪烁噪声随频率的增加越来越小,与频率成反比,见图中的第二行图起始位置,因此也被叫做1/f噪声。而随频率的增加,1/f噪声减小,而白噪声的作用就变成主要噪声了。

  图1-6运放噪声曲线 中的噪声曲线/f与白噪声的合成,见图1-7 ,我们通过曲线/f噪声与白噪声的大小,来评估电路的噪声情况。

  话不多说,说多了太抽象,枯燥无味,我们直接用multisim来画出手册中的噪声曲线 ,一个简单的跟随器,运放的输出等于输入,仿真频率与手册中的曲线Hz。

  我们对比手册中的曲线和我们仿真的曲线 这两条曲线虽然称不上“一毛一样”,但是说它们“两毛一样”大多数人应该认同吧,比如在1Hz时噪声密度是大约是5.9nV/√Hz,在1KHz时噪声密度大约是1nV/√Hz,仿真结果与手册是非常接近的。其中仿真结果其实是有两条曲线的,一条是输入噪声曲线,一条是输出噪声曲线,由于仿真的是电压跟随器,噪声增益(同相比例放大倍数)为1,因此输入输出就一样了。

  我们把电路放大倍数设置为10倍,仿线 ,此时输入噪声和输出噪声就刚好相差10倍。

  图1-10运放噪声仿线倍放大电路为研究对象,这次咱们仿真下噪声有效值,并且看下怎么通过电压曲线图来手动计算这个有效值,仿线 。

  仿线 ,能够正常的看到不管是噪声曲线还是噪声有效值仿线倍。计算噪声有效值,我们应该分别结算白噪声有效值Uw和1/f噪声的有效值Uf,然后再求二者的总噪声贡献。

  只需要3个公式就可以了,其中Uw是白噪声有效值,Un是1/f噪声有效值,fb是上限频率,仿线Hz,fa是下限频率,仿线Hz。我们应该单独看下K和C是怎么来的。在图1-12 中,我们看红色曲线(输入噪声曲线),取曲线的最终平稳位置的噪声密度值就是K,图中大约是4.9 nV/√Hz,根据公式2-1,就可以计算出Uw大约是4.9*√(1000-1)=154.87nV。

  那么,我们就得到Uw=154.87nV,Un=82.32nV,(可见白噪声贡献大于1/f噪声),根据公式2-3就能够获得总噪声了,Usum=√(284.462+82.322)=175.38nV。

  我们计算的输入噪声有效值是175.38nV,而仿线nV,仿真与计算基本是一致的。

  同样的道理,我们也能够最终靠手册的噪声频率曲线时的噪声有效值,原理都是一样的。

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