问题:我的低噪放大器的噪声不够小,我做错什么了吗?
解答:这个问题可能不是由放大器引起的,我们先来分析一下噪声的实际来源。一个典型的运算放大电路有6个无关联的噪声源(通常可以忽略较小的噪声源1)。放大器自身有3个独立的噪声源:出现在差分输入端的电压噪声以及出现在与反向输入端串联和与同相输入端串联的电流噪声源。很明显,通常情况下问题不会出在放大器上,而是由设置放大器增益和提供偏置电流补偿的三只电阻器中的某一个或多个电阻器出了问题。ADI公司有六十多种运算放大器的电压噪声(4nV√Hz)都是由于1kΩ电阻器产生的。这种回答很难被接受,很多人宁可把问题归咎于放大器不好,要用一个更好的放大器来替换,也不愿意承认问题出在像电阻器这么简单的元件身上。事实上,对于电阻器噪声问题大家普遍想到的一个应对方式就是寻求一种“好”电阻器,这里所谓的“好”电阻器指的是没有热噪声的电器。但这是不可能的。电阻的基本物理概念表明2导体中载流子的随机热运动总是会产生数值为?kTBR的电噪声,其中k是波尔兹曼常数(1.38065 x 10-23 J/K),T是绝对温度,B是带宽,R是电阻值。(我们通常使用频谱密度
来描述噪声,即电压噪声为)。
这种噪声被称为热噪声或者约翰逊噪声,是以第一个发现它的科学家约翰·贝特朗·约翰逊(贝尔实验室——1928)的名字命名的。其实,这种噪声命名为约翰逊/奈奎斯特噪声更合适,因为是哈里奈奎斯特(也来自贝尔实验室)解释了约翰逊噪声的物理基础。因此只要电路中有电阻的地方,不管这个电阻有没有电流流过,就会有输出电压噪声频谱密度为?kTR的噪声发生器。我们可以通过减小电阻值来降低噪声(这样会增加电流或功耗),但是通常情况下降低温度并不可行(如果我们将一个电阻的温度从室温(298K)降低到液氮温度(77K),其噪声电压还是大于室温下噪声电压的一半)。还有就是我们当然不能改变波尔兹曼常数因为波尔兹曼教授已经去世了3。
欲了解有关噪声的更多信息,请访问http://rbi.ims.ca/5404-100
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