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运放放大倍数计算公式_放大器设计100问

噪声是电子设计中必须处理的信号之一。我们都知道放大器有两种噪声:一种是外部噪声,来自放大器外部;另一种是内部噪声,来自设备本身。处理放大器噪声对提高电子产品的性能至关重要。在这里,我们以问答的形式阐述了放大器噪声的原理,并阐述了如何处理放大器噪声等实用技能。

[答:] 对于放大器的噪声测量,一般是将放大器的输入连接到0,通过低通滤波器输出,然后使用高精度ADC来采样做FFT,或者示波器看输出。

考虑传感器、电阻、放大器和ADC各噪声参数。

[答:]图1显示了放大器噪声模型。放大器噪声分为两类:一类是电压噪声(VX),另一种是电流噪声(IX)。在实际电路中,放大器由许多晶体管组成,所有这些晶体管都有噪音。幸运的是,所有晶体管的噪音都可以相当于放大器的输入端。

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在数据手册中,以两种方式表示电压噪声规格

在查看数据手册中的噪声特性时,必须知道它是转换到输入端还是输出端。大部分放大器的噪声特性被折合到输入端,对于运算放大器数据手册,这几乎是默认的习惯算法。但对于其他类型的固定增益放大器(如差动放大器),噪声可能会转化为输出端。请注意,放大器会放大这种输入噪声。例如,对于同相增益为10的放大器,输出端的噪声将是指标中给出的噪声的10倍。一些电路配置的噪声增益可能大于信号增益,反之亦然。反相配置为-1,其噪声增益实际上为2。为确定实际噪声增益,请短路所有外部电压源,同时放大噪声器RTI噪声看做出现在放大器正输入端的噪声,如果以这一假设分析电路,应当能够确定噪声所接受的增益。

仪表放大器的噪声特性与操作放大器略有不同。对于操作放大器,所有内部晶体管的噪声都可以转换为输入端。换句话说,所有的噪声源都会根据增益率减少。仪表放大器不是。电路中的一些噪声将按增益率缩放,而其他噪声与增益无关。与增益噪声相关的噪声量显示为eNI,与增益无关的噪声量显示为eNO。数据手册中有两个关系公式。

除了电压噪声外,放大器还具有电流噪声。如果输入端有电阻,电流噪声将相互作用并产生电压噪声。例如,大多数源电压都有一定的电阻。毕竟,使用操作放大器的原因之一是将高阻抗信号源转换为低阻抗信号源。电流噪声通过与放大器连接的电阻产生电压噪声。一般来说,放大器的输入偏置电流越高,电流噪声越高。

图2显示了具有一定源电阻的电压跟踪器配置。计算放大器的电流噪声将与信号源电阻相互作用,并在输出端产生一定的额外噪声。图3显示了反馈路径中的电阻如何与电流噪声相互作用。电流噪声通过反馈电阻的并联组合在输入端产生额外的噪声源,然后通过放大器将噪声源放大到输出端。

[答:] 一般来说,对于输出设备,我们认为其输入阻抗无限大,输出阻抗为0,(具体值可参考具体型号的数据手册)。因此,可以根据这种情况计算电路的输入输出阻抗。

在噪声方面,一般手册是给出的RTI该指标是从输入端看到的噪声,因此,输出的噪声将乘以放大倍数。

[答:] 原因可能很多,但一般不会有这么大的杂波,建议仔细检查电路设置,特别是增益配置,尽量配置增益大于1,以提高电路的稳定性,如果电阻热噪声大,可以考虑适当降低电阻值,运输本身的特点不能改变。

[答:] 设备的内部噪声无法改变。您可以通过选择外部带宽来限制外部噪声

[答:] 您好,容性传感器本身将根据其容量大小改善信号噪声(kT/C),输入端本身不需要使用更大的阻抗,也可以根据输入带宽添加输入滤波器来提高噪声。

[答:] 这样的问题,首先要看硬件电路的问题,还是ADC取样问题。你可以先用示波器看看AD7732输入端的信号,看是否正常。如果输入没有问题,请检查ADC问题可能在于软件。

[答:] LC滤波器很简单,但滤波器的效果并不像有源的那么理想,有源的可以同时放大信号,而无源的不能这样做。

[答] 了解噪声的来源,您需要分析系统占主要部分的噪声。对于这部分噪声,您可以尝试通过滤波或选择更高精度的运输来降低噪声。

[答:] 一般来说,根据您的系统精度和带宽的需要,增益带宽积和噪声很难同时达到最高性能AD8221和AD8228是否满足您的需求。

[答:] 噪声的任何部分都应以矢量的形式叠加在总噪声中。

[答:] 有助于您处理系统的噪声,噪声参数对于高精度设计非常重要。

[答:] 理论上存在量化噪声,不能去除,这也是理论信噪比6.02N 1.76的来源。

[答:] 这个问题不确定。电感和电容器肯定有噪音,但一般不考虑。

[答:] 在这种情况下,如果输入阻抗大,输入偏置电流小,可以试试AD549.

[答: 放大的是电压还是电流与供电电压无关,如果某些功率器件要求信号有一定的输入功率的话,可以考虑用predriver, 比如ADL5323等。

[答:] 在大多数的情况下是可以忽略温度的影响的。在设计时,您要考虑电阻的噪声性能。还要了解电路的带宽特性,从而减小电压噪声。

[答:] 一般在放大器的芯片资料中,会给出在常温下的电压噪声密度和电流噪声密度,但不会给出噪声随温度变化的关系。

[答:] ADC的driver芯片就可以保证差分信号均衡。

[答:] 可以考虑用屏蔽体或加地屏蔽的方法来改善串扰的问题。

[答:] 带宽尽量设计窄一点,否则噪声没法减小

[答:] 不能保证,噪声跟运放内部结构、增益、带宽等相关,运放噪声大小没有一定之规,应用是还是依据datasheet上的等效输入噪声来衡量。

[答:] 这种情况,一般导线并不会引入太大的噪声,不知道您的DAC是什么精度的DAC,我认为,DAC的噪声应该远比导线引入的噪声大得多,所以不必太多考虑导线的问题。

[答:] 根据你的系统的要求,在二者之间找一个平衡点

[答:] 对于噪声的标准,都是一样的,如果您不想考虑太多的公式,那就挑数字小的就可以。低频信号就挑Voffset小的,高速一点的就挑噪声谱密度小的。

[答:] 对于电源,最好在接入芯片紧贴管脚的位置使用2个电容滤波,一般数据手册都会有推荐电路.

[答:] 单点接地:指的是只在芯片电源脚处将地接一块,这是为了防止数字电源的地回流影响模拟电路的地,也会用在模拟数字芯片在一块板子上的情况下,因为两块地必须最终连在一起,所以一般选在模拟和数字地的交界处。多点接地指的是:芯片的接地脚应采用就近接地,不要引很长的线再接到地上。

[答:] 对于运放噪声的计算其实跟电路应用中有很大差别,建议根据datasheet中的参考噪声进行估计,并根据评估板和标准测试方法评估运放的实际噪声水平。

[答:] 不同的传感器会有不同的噪声功率,包括其内部的固有噪声和外部的干扰噪声,包括工频干扰,射频干扰,你可以针对具体的传感器看具体的噪声

[答:] 用单电源还是双电源供电对于运放的特性是没有什么影响的,比如一个标称5V供电的运放,也可以用+/-2.5V供电。对于您提的要求,要选择增益带宽积大于等于20KHz*100的运放,建议用ADI网站上提供的参数搜索功能来选择合适的运放,满足带宽要求的运放有AD8672, AD8605,AD8519等很多。网址是http://www.analog.com/dynamic/parametric /scResultsDisplay.asp?SearchType=PSS&ProductLine=OPA&la=en

[答:] 如果想得到最准确的噪音,利用均方根值测量方法,这样的方法会将所有的噪音都计算在内,但是缺点是测量时间较长,数据量大。

[答:Nicolle] 请问传感器的输出是什么样的信号?能否请举一个具体应用的例子来说明这个问题。

[答:] 不确定你的频率是多少,高频的放大器(如ADL5521)一般是固定增益的,当然如果频率不是太高(几百MHz以下),也可以考虑AD8331,不推荐采用电位器,电位器的有效带宽一般不大于1MHz

[答:] 一般双极晶体管的噪声最低.

[答:] “最平群延时滤波器”应该指的是线性相位的滤波器吧,你可以采用贝塞尔滤波器。ADI网站上有个在线的滤波器设计工具,可以选择滤波器的响应,其中有贝塞尔滤波器。ADI没有1.2V供电的AMP,最小为1.6V供电,为OP290 .

[答:] 您指的的放大电路中的Rf,Rg吗?因为电阻越大,则热噪声就越大,这是无法改变的。所以,应该根据具体的情况,来选择合适的Rf,Rg阻值。

[答:] 跟电阻的材料有关,比如薄膜电阻,碳电阻比较差。另外,电阻值越大,噪声越大。

[答:] 关于模拟地与数字地是否需要分割的问题,业界没有定论,有的就是一个地平面,有的则分为两个区域在AD下面用短线连接,方法比较多样。主要还是注意模拟和数字部分器件尽量分开,保持一定距离,模拟信号和数字信号不要交叉走线,电源的滤波电容要尽量靠近芯片。

[答:] 这个不是简单几句能够说明白的,如完整的地,去耦,模拟数字地的划分等等。你可以联系 china.support@analog.com ,我们可以发一些应用文档,里面有详细的信息。

[答:] 完好的大地,屏蔽,以及良好的电源去耦

[答:] 如果是低速信号,您最好分析一下系统的噪声来源,参照研讨会中的分析进行滤波或者预先的处理,对于布局布线相对来说要求不是很高。

[答:] 对于这类情况,温漂的性能您需要关注一下。

[答:] 分为外部噪音和内部噪音,内部噪音来源于电阻,放大器和ADC。这些参数对放大器噪声的影响都很重要,都需要在具体的应用中来衡量。

[答:]内部噪声指信号链路中器件本身产生的噪声。所以电阻噪声其实就是说放大电路中的Rf,Rg等电阻产生的。其原理就是电阻的热噪声。

[答:] 运放本身噪声一般比较小,应该注意降低运放输入端的源噪声,如电阻热噪声,前级放大(如果有buffer的话)的输出噪声,在输入运放前还要根据运放的带宽加低通滤波。

[答:] 正常情况下,应该是采样率越低,均方根噪声越小,峰峰值分辨率越高,也就是跳码情况会改善。关于sigma-delta的跳码以及噪声说明可以在如下链接找到:

http://www.analog.com/zh/content/cast_faq_ICV/fca.html 。

[答:] 输入阻抗肯定不会影响信号的噪声,但输入阻抗本身会带来额外的噪声,影响精度。

[答:] 可以通过降低反馈路径中的电阻值可以降低电流噪声。

[答:] 可否将具体运放的型号以及具体电路发到china.support@analog.com

[答:] 这个取决于输入信号的范围和系统的点源设计。如果输入信号是双极性的,有低于0V的电平,那么您需要使用双电源供电或者在REF管脚提供直流偏置。

[答:Neil] 对于一个确定型号的晶体管,受其设计和工艺限制,噪声特性已经确定了,等到用户端是无法改变其噪声性能的。

[答:] 这个低频具体是多少赫兹呢?一般这种很可能是周围环境耦合进来的噪声,比如50Hz的电力线噪声,或者60Hz的显示器刷新频率噪声,您可以换个环境,换个电源测试下看看是否还有这个噪声.

[答:] 布板的时候让放大器远离大功率高频的器件,模拟地与数字地的划分,电源地去耦等等。

[答:] 仪表放大器相对一般的运算放大器,共模抑制比更强,更适合放大微小的差分信号。

[答:] 你可以到下面的网页上查看:http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/audio-amplifiers/products/index.html

[答:] 这首先要查一下相关运放的数据手册,找到其电压和电流噪声的指标(一般给出的是从输入端看的噪声密度)。根据幻灯片中的介绍,结合具体应用中的带宽和放大倍数,计算出输出端的噪声。当然,放大电路中使用电阻的热噪声也要考虑在内。

[答:] 你的频率是多少?你可以看看AD8331系列VGA,或者ADL5521

[答:] 只要是有源器件,都会有电子的无规则运动,从而产生噪声。对于一个特定的运放而言,它产生的噪声是固定的,只能从外部加滤波器来滤掉感兴趣带宽外的噪声。

[答:] 主要是取决于您具体的应用,如果您希望得到接近于地的参考点,那么就接地。如果您需要得到带偏置的输出,可以将参考点接偏置电压。

[答:] 软件上,经常使用的是取平均的方法,即多采样几个点然后做平均。

[答:] 外接电阻,温度,电源噪声,高频信号耦合到信号输入、输出等等。

[答:] 在系统中,所有噪声都是以均放相加的形式相加的。所以仪放的噪声小还是对整个系统的噪声性能有帮助的。

[答:] 你可以选择更好的仪表放大器,如AD8221,也可以用硬件或者软件作notch filter,不过仪表放大器地去耦和模拟部分的布线也是很重要的。

[答:] 这是在系统设计中经常遇到的问题,没有统一的答案,只能根据您的应用需求来具体平衡功耗和噪音。

[答:] 激光信号需要转换为相应的电流或电压信号,请根据电流电压范围选择适当的运放型号。

[答:] 信号很小,但是共模干扰很大的场合,如心电、脑电信号.

[答:] 一般应用中不需要对运放的阻抗做匹配。对于射频的放大器,一般都是芯片内部已经是50ohm匹配好的,比如ADL5521。

[答:] 输入阻抗会影响积分的精度和时间,需要进行仿真,还要根据系统的指标进行tradeoff。

[答:] 这主要取决于应用,比如要检测一个比较大的电流信号,用取样电阻将其转换成电压,而后放大,那么这时偏置电流参数就不是很重要,因为它在取样电阻上产生的影响相对较小,再看失调电压,它是一个固定的电压,所以影响也并不大,可以在后续电路中将其cancel掉,实际上关键的是offset drift,也就是它的温漂特性,但一般较大的offset都会伴随产生较大的温漂,所以这时我们一般要选择具有较小失调的运放。

[答] 要考虑的前提就是系统中的噪声要小于测量分辨率的1个LSB。从运放看,首先要查一下相关运放的数据手册,找到其电压和电流噪声的指标(一般给出的是从输 入端看的噪声密度)。结合具体应用中的带宽和放大倍数,计算出输出端的噪声。还有,放大电路中使用电阻的热噪声也要考虑在内。

[答:] 主要有电阻的噪声和电阻与放大器的电流噪声的乘积决定,以表放大器的增益电阻也会有同样的问题,但是它不是反馈电阻,所以相对于整个系统而言,影响不是最大的。

[答:] 放大器是输入阻抗越高,从信号源取得的电流就越小,在信号源内阻上的压降也就越小,信号电压就以最小的损失加到放大器的输入端。同理在输出端,输出阻抗越低,加在输出内阻的电压损失越小,负载就会获得尽可能高的输出电压。

[答:] 对于运放来说,反馈电阻跟增益电阻决定了电路的增益,相对信号幅度大小,选择一个差不多大小的电阻就可以,电阻太大会引入更多噪声,太小会增加系统功耗。

[答:] ADI网站上提供了运放的选型软件:

http://www.analog.com/dynamic/parametric/scResultsDisplay.asp?SearchType=PSS&ProductLine=OPA&la=en 。

仪表放大器的仿真软件:

http://designtools.analog.com/dt/inamp2/inamp.html?part=AD623 5V 。

利用运放设计有源滤波器的仿真软件:

http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/products/dt-adisim-design-sim-tool/Filter_Wizard/resources/fca.html

更多相关软件可在如下链接找到:

http://www.analog.com/en/tools-software-simulation-models/resources/amplifiers-and-comparators/operational-amplifiers-op-amps/index.html

[答:] 减小噪声,首先要选择低噪声的器件。从电路板布线设计的角度,主要是考虑避免让板上高噪声的电路(比如数字电路)对低噪声部分(比如模拟信号)产生干扰。

[答:] 取决于噪声的类型,比如说RFI干扰可以加入RFI滤波器,和电源滤波电容,如果是环境干扰很大,可以试着使用屏蔽盒等等.

[答:] 要考虑在ADC前端加合适的抗混叠滤波器。

[答:] 你可以参考我们心电参考设计的陷波电路,具体可以到下面的网址下载:www.analog.com/chinasupport

[答:] 有可能是因为现场的地噪声比较大,您能否测量一下现场的地是否有很大的噪声,相接的线是否过于长?您最好尽量减小连接线的长度,在接地点连接一个磁珠抑制一下高频的噪声,如果现场噪声实在是过于大,您可以考虑使用隔离期间,隔离开系统的地和现场的地。比如说ADuM系列产品。

[答:] 对于我们常用的电压反馈型来说,可配置的增益是受运放的增益带宽积限制的。比如一个电压反馈型运放的增益带宽积是100MHz,输入信号频率是10MHz,那么可以配置的最大增益是10,如果要实现更大的增益,就要考虑用多级放大了。

[答:] 把开关电源远离模拟电路,开关电源地输出加大滤波力度,你可以尝试不同的阻容、感容组合;同时模拟电路要做好去耦,一般在电源部分要0.1uF与0.01uF电容并联,你可以把0.1uF改为10uF或者100uF尝试 。

[答:] 对于放大器本身,工艺的进步和技术的进步使得放大器的噪声越来越低,至于周边的大功率器件,只能减少辐射,和减小温漂来解决。

[答:] 运算放大器是一种为在负反馈条件下工作设计的电子器件,设计重点是保证这种配置的稳定性,压摆率和最大带宽等其它参数是放大器在功耗与架构之间的折衷选择;相反,比较器是为无负反馈的开环结构内工作设计的,这些器件通常不是通过内部补偿的,因此速度即传播延迟以及压摆率(上升和下降时间)在比较器上得到了最大化,总体增益通常也比较小。

[答:] 以两级放大为例,第一级为G1,噪声系数为F1,而第二级的噪声系数为F2,那么总的噪声系数为如下:

FTOTAL= F1 + (F2 -1)/G1

可见,G1越大,噪声系数越小。

[答:] 磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用。

[答:] 运放中,要考虑电流噪声和电压噪声。数据手册中,一般会以噪声密度的形式给出。

[答:] 这个状态属于正常现象,如果输入本身没有引入其他噪声(可达到ADC的精度要求),ADC本身也会存在有效位数的问题,最后一位不稳定并不能说明ADC性能不符合指标,可以用这个跳跃输出信号计算ADC的rms噪声,也可以输入满幅的正选波测试一下其动态性能。

[答:] 你可以试试AD8221,它的噪声密度为8nV/sqrtHz。

[答:] 一般是这样,主要是取决于你的应用。

[答:] 放大器的增益会使输入的噪声增大,如果增益集中于第一级,引入的噪声只有前级的,如果增益分布在两个放大器,则噪音会来自两级而且同时被放大。

[答:] 由于你的传感器的阻抗很大,它本身引入的噪声就很大,比你的输入信号都大,就算是AD8551能做到比较低的噪声,也是不行的。

[答:] 由于传感器的内阻很大,你最好不要使用单端的方法连接电路,对于传感器位于板外的低噪声测量应用,最好使用仪表放大器之类差分输入放大器。

[答:ADI专家] 噪声分为内部和外部噪声,对于外部噪声我们可以采取滤波的方式减少,而内部噪声,即器件的噪声则不能消除。

[答:] 在一般情况下,你应用1 kΩ→ 4 nV/√(Hz)公式,即可评估噪声。

[答:] 精度和采样速度是单片ADC的主要优势,比较我们的ADUC7、8系类的单片机与相应精度的ADC,它们的指标差不多,只是对于采样速率、输入信号的范围、通道数等指标会比较灵活,所以具体选择哪类ADC,还是取决于你的应用要求。

[答:] 对于车载MP4的电路,主要要处理的就是电磁干扰引入的噪声,你需要注意各功能模块在PCB上的分布,可以采取一些电源去耦、屏蔽、滤波等方法去除干扰。

[答:] 有极少数的运放可以在外部进行Offset的调节,现在运放的Offset一般都会做得很小,如果一定要做调整,可以在数字域将Offset去掉。

[答:] 输入极的噪声与输入极的电阻,电阻越小,本身产生的噪声就越小,同时运放的电流噪声,电压噪声要选择尽量低的型号。

[答:] 自激的问题要在电路设计之初进行解决,使电路的相位裕度至少大于45度。噪声首先要选择低噪声的运放,其次可以在输出加滤波器滤除噪声。

[答:] 这取决于设计者的权衡考虑,即在产品性能和成本之间进行选择。

[答:] 选择噪声小的元件来从源头上减小噪声。电源可以用LDO来实现,如果用DC-DC,那么需要在DC-DC,需要在输出进行多极的LC滤波。

[答:] 模拟数字地要分开,最后在ADC处连接在一起,比如,您可以看看AD7705这类Sigma-Delta ADC的芯片资料或评估板PCB图

[答:] 9千欧对应的噪声为4nV/Hz与3的乘积。

[答:] 首先要找出外部和内部的噪音源分别是什么?再根据具体的噪声源来采取降噪处理。比如说如果您的电流噪音过大,可以通过减小电阻值的方法。

[答:] 输入信号的范围是否在单电源供电范围内。

[答:] 有时最佳带宽性能的要求可能与最佳噪声性能的要求相冲突。对于带宽,我们希望每个增益级具有近似的增益,而对于噪声,我们则希望第一级具有全部增益。前级应用尽可能多的增益

[答:] 只是一种噪声特性描述的方法之一:频谱噪声密度。

[答:] 根据具体应用是高输入阻抗还是噪音对您的系统更加重要,来具体权衡。

答:首先,必须注意到运算放大器及其电路中元器件本身产生的噪声与外界干扰 或无用信号并且在放大器的某一端产生的电压或电流噪声或其相关电路产生的噪声之间的区别。

干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声而且干扰源到处都存在:机械、靠近电源线、射频发送器与接收器、计算机及同一设备的内部电路 (例如,数字电路或开关电源 )。认识干扰,防止干扰在你的电路附近出现,知道它是如何进来的并且如何消除它或者找到对付干扰的方法是一个很大的题目。

如果所有的干扰都被消除,那么还存在与运算放大器及其阻性电路有关的随机噪声。它构成运算放大器的控制分辨能力的终极限制。

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