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伺服放大器噪声了解

2017-12-19 09:06


前置伺服放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备,例如置于光盘播放机与高级音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。前置放大器是专为接收来自信源的微弱电压信号而设计的,已接收的信号先以较小的增益放大,有时甚至在传送到功率放大器级之前便先行加以调节或修正,如音频前置放大器可先将信号加以均衡及进行音调控制。无论为家庭音响系统还是PDA设计前置放大器,都要面对一个十分头疼的问题,即究竟应该采用哪些元件才恰当?
在设计低噪声前置放大器之前,工程师必须仔细审视源自放大器的噪声,一般来说,运算伺服放大器的噪声主要来自四个方面:
1、热噪声(Johnson):由于电导体内电流的电子能量不规则波动产生的具有宽带特性的热噪声,其电压均方根值的正方与带宽、电导体电阻及绝对温度有直接的关系。对于电阻及晶体管(例如双极及场效应晶体管)来说,由于其电阻值并非为零,因此这类噪声影响不能忽视。
2、闪烁噪声(低频):由于晶体表面不断产生或整合载流子而产生的噪声。在低频范围内,这类闪烁以低频噪声的形态出现,一旦进入高频范围,这些噪声便会变成“白噪声”。闪烁噪声大多集中在低频范围,对电阻器及半导体会造成干扰,而双极芯片所受的干扰比场效应晶体管大。
3、射击噪声(肖特基):肖特基噪声由半导体内具有粒子特性的电流载流子所产生,其电流的均方根值正方与芯片的平均偏压电流及带宽有直接的关系。这种噪声具有宽带的特性。
4、爆玉米噪声(popcornfrequency):半导体的表面若受到污染便会产生这种噪声,其影响长达几毫秒至几秒,噪声产生的原因仍然未明,在正常情况下,并无一定的模式。生产半导体时若采用较为洁净的工艺,会有助减少这类噪声。
此外,由于不同运算放大器的输入级采用不同的结构,因此晶体管结构上的差异令不同放大器的噪声量也大不相同。下面是两个具体例子。
双极输入运算伺服放大器的噪声:噪声电压主要由电阻的热噪声以及输入基极电流的高频区射击噪声所造成,低频噪声电平大小取决于流入电阻的输入晶体管基极电流产生的低频噪声;噪声电流主要由输入基极电流的射击噪声及电阻的低频噪声所产生。
CMOS输入运算伺服放大器的噪声:噪声电压主要由高频区通道电阻的热噪声及低频区的低频噪声所造成,CMOS放大器的转角频率(cornerfrequency)比双极伺服放大器高,而宽带噪声也远比双极放大器高;噪声电流主要由输入门极漏电的射击噪声所产生,CMOS放大器的噪声电流远比双极放大器低,但温度每升高10(C,其噪声电流便会增加约40%。
工程师必须深入了解噪声问题及进行大量计算,才可将这些噪声化为数字准确表达出来。

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