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运放的信号增益和噪声增益 [复制链接]

     在我们平时的设计中很少用到噪声增益这个概念,因为它通常并不是多么的重要,忽略它对我们的设计也不会造成太大的影响,所以我们很少考虑它。但是有些时候我们常常在这个问题出错。下面就通过电路仔细分析一下噪声增益:

运放的信号增益和噪声增益


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      首先我们把两个开关都拨到上面的时候称为CASE1,都拨到下面的时候称为CASE2。这也就是我们平时所说的同相放大电路和反向放大电路。

 在CASE1的情况下,信号增益为1+R1/R2,在CASE2的情况下,信号增益为-R1/R2,这两个电路的反馈是一样的,反馈系数都是R2/(R1+R2),所以他们的噪声增益都是(R1+R2)/R2。

 而增益带宽积(这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。就像它的名字一样,这个参数表示增益和带宽的乘积。按照放大器的定义,对于一个运算放大器这个乘积是一定的)的表达式为GBP=Gn*B,所以两种情况下的带宽积是一样的。这里我们可以看出,这对反向放大器是很不利的。信号放大了R1/R2倍,带宽却减小了1+R1/R2倍。所以当我们在设计运放电路时,在增益带宽积的问题上只考虑电路的噪声增益就可以了,而与电路的放大模式无关。

    分析模拟电路必须认识到:什么增益、稳定性、带宽之类,都是电路自身的内因,而输入信号一类的是外因。所以同相放大器和反相放大器其实是一个电路,两者的带宽其实应该完全一样,那一点点差异是别的原因。同相放大器和反相放大器归一,才有了所谓的噪声增益。

    简单回顾运算放大器理论,可以看到有两种类型的增益与运算放大器有关:信号增益和噪声增益。信号增益取决于放大器配置。采用同相运算放大器配置时,增益计算公式为G = (RF /RG) + 1;采用反相配置时,增益为G = –RF/RG。两种配置的噪声增益相同,可通过同一个同相增益公式计算:NG = (RF /RG) + 1。电路中放大器的稳定性由噪声增益决定,而非信号增益。大多数现代运算放大器都能在单位增益下稳定,但某些特殊用途的放大器无法做到这一点。与标准单位增益稳定型运算放大器相比,非完全补偿运算放大器可提供独特的优势,比如更低的噪声电压和更宽的带宽。

        强加噪声增益可为各种应用带来好处。例如,若要利用一种或多种特性,可能需采用低于其最小稳定增益的非完全补偿放大器。通常它将不起作用,但若对噪声增益进行处理,则可“欺骗”放大器,使其误以为它工作在较高的增益下。强加高噪声增益的另一个绝妙的好处是它可以提高放大器驱动容性负载时的稳定性。取决于具体情况,强加噪声增益通常需要在电路中加入一个电阻或一个电容。它可能简单到只需在反相和同相输入之间添加一个电阻、在反相输入和接地之间添加一个串联RC电路,或者将元器件与输入或增益电阻并联。强加噪声增益带来的好处似乎好得难以置信,但通常情况下它会牺牲一些性能。采用这种方法会造成输出噪声和失调电压的增加。但不可否认的是,说不定哪一天“强加”较高的噪声增益就派上了用场,成为运算放大器的又一种强大的技术特性。


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