上一节介绍了运算放大器产生的不同类型的噪声。如前所述,运算放大器的内部噪声是指等效输入噪声电压。图3-12显示了一个简化等效电路。三角形代表的运算放大器为理想的运算放大器。由于图3-12中将等效输入噪声电压(VNI)表示为VIN(+)与VIN(-)之间的一个电压差,故VNI与VIN(+)或VIN(-)是否串联插入无关紧要。
接下来,我们来看下使用此模型的同相放大器和反相放大器。
图3-13显示了一个反相放大器,图3-14显示了一个同相放大器。反相放大器和同相放大器都有一个等效输入噪声源(VNI),其与理想运算放大器的Vin(-)输入端串联。如第2.4节和第2.5节所述,这些放大器的信号增益为AV。
利用叠加原理,可分别考虑信号源和噪声源。让我们计算噪声源的增益。此时,根据叠加原理,Vi被视为短路。
由于VIN(+)输入端在图3-13中已接地,故VIN(-)输入端也可视为接地。因此,R1和R2交叉处的电位变为VNI。
由于流经R1的电流(I1)不会流向运算放大器,所有I1全部流经R2。
I1=VNI/R1
因此, VO端的噪声电压(VNO)计算如下:
VNO=VNI+R2×VNI/R1=VNI×(1+R2/R1)
由于噪声增益(AN)等于VNO/VNI,
AN=1+R2/R1
由此,运算放大器中产生的噪声增益可能不同于信号增益。此增益称为噪声增益。
可以如下方式使用噪声增益的概念:
如上所述,噪声增益的概念对于使用运算放大器的电路很重要。
接下来,下文简要介绍了振荡余量。
除振荡器外,振荡是指信号在非预期频率上发生的意外波动。如第2.3节所述,意外噪声等振荡来源通过反馈回路进行循环,逐渐演变为振荡。
振荡来源为随机噪声。其用作运算放大器的VIN(+)输入端与VIN(-)输入端之间的电压差。换言之,其为前文介绍的等效输入噪声电压(VNI)。
必须根据噪声增益确定振荡抗扰度,这一点很重要。如上所述,典型的反相放大器和同相放大器的噪声增益可使用同相放大器的信号增益等式进行计算。
噪声增益的概念可用于为振荡提供余量(即增加噪声增益)。
图3-16显示了使用反相放大器在不改变信号增益的情况下增加振荡余量的一个示例。
现在我们利用叠加原理分别考虑Vi和VNI。
(当考虑Vi时,VNI被视为短路;当考虑VNI时,Vi被视为短路。)
根据虚短概念,VIN(-)输入端和VIN(+)输入端均视为已接地。
因此,由于在信号增益为AV(= Vo/Vi)时R3两端的电压等于GND电位,故没有电流流经R3。因此,AV = -R2/R1,这与基本反相放大器的等式相同。
由于Vi在噪声增益为AN(= Vo/VNI)时短路,故Vi = R1 // R3。因此,AN = 1 + R2 / (R1 // R3),高于基本反相放大器的噪声增益AN = 1 + R2 / R1。这意味着此电路提供了比基本反相放大器更大的振荡余量。
但由于噪声增益的概念与输入补偿电压的概念完全相同,振荡余量增加也会导致输入补偿电压相应升高。
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