白噪聲放大器

1、白噪聲放大器設(shè)計鮑景富電子工程學院噪聲噪聲 定義定義是任何與有用信號無關(guān)的隨機干擾。噪聲噪聲 定義定義是任何與有用信號無關(guān)的隨機干擾。 噪聲分類噪聲分類 熱噪聲（thermal noise ） 閃爍噪聲 （flicker noise ） 散粒噪聲 （shot noise ）熱噪聲熱噪聲 熱噪聲主要是由導(dǎo)體內(nèi)部自由電子無規(guī)則熱運動熱運動所產(chǎn)生的。 電子的無規(guī)則運動, 在導(dǎo)體內(nèi)部形成許多微小的電流波動。雖然它們的總平均電流為零,但每一瞬間都會在導(dǎo)體兩端引出一個小小的波動電勢。 任何導(dǎo)電元器件都有可能存在熱噪聲, 一般電阻元件的熱噪聲較為顯著。電阻熱噪聲電阻熱噪聲RT( )nv t4nVkTBR噪聲

2、電壓：K：波爾茲曼常數(shù)，T：開爾溫度（K）B：信號帶寬（Hz）R：電阻值（ ）231.38 10J / K電阻熱噪聲電阻熱噪聲t( )nv t時域時域頻域頻域0閃爍噪聲 閃爍噪聲又稱為1/f噪聲。 來源于電阻中導(dǎo)電微粒的不連續(xù)不連續(xù)性。電阻元件從微觀看是很多不連續(xù)顆粒組成的, 電流通過不連續(xù)點就可能產(chǎn)生火花, 使電阻的導(dǎo)電發(fā)生變化, 從而引起電流變化。 具有很強的低頻譜密度, 在高頻時強度急劇減小。測量證明, 甚至低至幾赫茲以下的閃爍噪聲仍保持低頻特性, 所以閃爍噪聲是低頻電路中的主要噪聲源。閃爍噪聲t( )nv t時域時域頻域頻域0散粒噪聲 散粒噪聲是晶體管器件中產(chǎn)生的一種電流噪聲, 它是載

3、流子不均勻不均勻通過勢壘區(qū)時造成的電流微小起伏。 在大多數(shù)半導(dǎo)體器件中，它是主要的噪聲來源。 一般晶體二極管和三極管電流流經(jīng)勢壘區(qū), 散彈噪聲較大。 在低頻和中頻下，散粒噪聲譜與頻率無關(guān)（白噪聲）；高頻時，散粒噪聲譜變得與頻率有關(guān)。 大、 小的三極管散彈噪聲較小。bbr散粒噪聲t( )ni t0時域時域頻域（低中頻）頻域（低中頻）系統(tǒng)噪聲閃爍噪聲區(qū)白噪聲區(qū)0f噪聲功率譜密度散粒噪聲區(qū)白噪聲放大器閃爍噪聲區(qū)白噪聲區(qū)0f噪聲功率譜密度散粒噪聲區(qū) 由系統(tǒng)噪聲分布可以看出，由于白噪聲寬度大，噪聲小，故白噪聲放大器即寬帶低噪聲放大器白噪聲放大器設(shè)計難點白噪聲放大器設(shè)計難點放大器的增益帶寬積為常數(shù)，故低頻

4、增益大，高頻增效小。設(shè)計過程需降低低頻增益，常用方法是引入負反饋頻率增益頻率增益 增益平坦度增益平坦度白噪聲放大器設(shè)計難點白噪聲放大器設(shè)計難點由于直流放大器直接耦合，其中有任何一點靜態(tài)電位的變動，都有會經(jīng)耦合放大后在輸出中呈現(xiàn)出來，即使沒有輸入信號，由于溫度的變化和電源電壓不穩(wěn)定的影響，輸出端也會出現(xiàn)電壓的緩慢變動，這種現(xiàn)象叫做零點漂移零點漂移。直流放大器中，前級的零點漂移會被逐級放大，以致在最后一級的輸出端產(chǎn)生很大的漂移電壓。 零點漂移零點漂移白噪聲放大器設(shè)計白噪聲放大器設(shè)計通頻帶1kHz30MHz增益10dB60dB最大輸出電壓有效值6V輸入電阻1k負載100白噪白噪聲放大器設(shè)計指標聲放大

5、器設(shè)計指標VinVout由于信號的頻率較高，增益的調(diào)節(jié)范圍較大，輸入阻抗大，放大器宜采用多級放大，而且要對增益進行合理分配，才能使寬帶放大器穩(wěn)定工作，因此放大器有輸入緩沖、可控增益放大器和輸出功率放大器三級組成。同時要選擇高穩(wěn)定、低噪聲、高增益帶寬積的放大器白噪白噪聲放大器結(jié)構(gòu)聲放大器結(jié)構(gòu) 放大器的三級組成放大器的三級組成輸入緩沖輸入緩沖可控增益放大可控增益放大輸出功率放大輸出功率放大要滿足輸入電阻大于1k的要求，必須加入輸入緩沖以提高輸入阻抗；輸入緩沖對降低系統(tǒng)噪聲起了至關(guān)重要的作用，所以需要采用低噪聲放大器。白噪白噪聲放大器設(shè)計聲放大器設(shè)計 輸入緩沖輸入緩沖VinVout輸入緩沖輸入緩沖可

6、控增益放大可控增益放大輸出功率放大輸出功率放大前置放大電路可以使用電壓 跟隨器實現(xiàn)，采用OPA642 運放，其增益帶寬積為400。 電路圖如下所示。白噪白噪聲放大器設(shè)計聲放大器設(shè)計 輸入緩沖輸入緩沖+VinOPA 642+5V-5VV1Rk電壓增益接近于1。輸入電阻Rin=Rk，故將Rk 設(shè)置為1k。放大器主要增益部分，可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的增益的調(diào)節(jié)?？梢赃x用高精度低噪聲由電壓控制增益的運放AD603實現(xiàn)。白噪白噪聲放大器設(shè)計聲放大器設(shè)計 可控增益放大可控增益放大VinVout輸入緩沖輸入緩沖可控增益放大可控增益放大輸出功率放大輸出功率放大+AD603+15V-15V86425V11Vc白噪白噪

7、聲放大器聲放大器設(shè)計設(shè)計 可控增益放大可控增益放大V2AD603通頻帶為90MHz，增 益為10+30dBAD603增益和控制電壓的關(guān) 系：(dB)10lg( 2/1)4010GainVVVc其中Gain為增益（dB）Vc為控制電壓（V）3+AD603+15V-15V86425V11Vc白噪白噪聲放大器聲放大器設(shè)計設(shè)計 可控增益放大可控增益放大V2要求輸入增益為1060dB， 則需要兩級級聯(lián)。Vc輸入電壓為0.5V+0.5V ， 則增益為1030dB。3+AD603+15V-15V86425+AD603+15V-15V86425V1V211CVc1Vc2白噪白噪聲放大器聲放大器設(shè)計設(shè)計 可控增

8、益放大可控增益放大33白噪白噪聲放大器聲放大器設(shè)計設(shè)計 可控增益放大可控增益放大+AD603+15V -15V86425+AD603+15V -15V86425V1V211CVc1Vc233級聯(lián)增益為：(dB)40140120GainVcVc當Vc1和Vc2輸入電壓為 -0.5+0.5V時，增益為 -2060dB級聯(lián)間的電容c是防止前級 的直流偏移電壓進入下一 級放大器。經(jīng)輸入緩沖和可控增益放大兩級輸出的信號，功率太小，不具備驅(qū)動負載的能力，故需進行功率放大，才能達到系統(tǒng)對輸出功率的要求。白噪白噪聲放大器設(shè)計聲放大器設(shè)計 輸出功率放大輸出功率放大VinVout輸入緩沖輸入緩沖可控增益放大可控增

9、益放大輸出功率放大輸出功率放大+AD844+15V7-15V4BUF634236+15V7-15V4136V2VoutR1R2RfR3白噪白噪聲放大器聲放大器設(shè)計設(shè)計 輸出功率放大輸出功率放大電路采用AD844和BUF34級聯(lián)的方式白噪白噪聲放大器聲放大器設(shè)計設(shè)計 輸出功率放大輸出功率放大在15V電壓下，AD844在大信號輸入時的10倍增益帶寬為33MHz。BUF634工作在30MHz頻率下，可輸出250mA電流，為負載為100電阻提供足夠的帶負載能力。白噪白噪聲放大器聲放大器設(shè)計設(shè)計 輸出功率放大輸出功率放大為使輸出穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值，應(yīng)使AD844和BUF634均工作在閉環(huán)狀態(tài)，故加設(shè)一個大環(huán)負

10、反饋，使BUF634的輸出電壓穩(wěn)定在AD844輸入電壓的10倍。取R1=47，Rf=470。R2=47，R3=51。白噪白噪聲放大器聲放大器測試測試 增益誤差測試增益誤差測試 在輸入端加峰峰值為10mV，頻率為10MHz的信號，然后預(yù)設(shè)增益值將其與實際增益值比較 白噪白噪聲放大器聲放大器測試測試 增益誤差測試表格增益誤差測試表格 頻率（MHZ）101010101010預(yù)置增益（dB）102030405060輸入（mV）101010101010輸出（V）實際增益（dB）增益誤差（dB）白噪白噪聲放大器聲放大器測試測試 頻率特性測試頻率特性測試 把增益設(shè)為40dB，在不同的頻率段輸入峰峰值為10mV的信號，檢測輸出信號峰峰值并計算出相應(yīng)的增益。 白噪白噪聲放大器聲放大器