白噪聲放大器.ppt

1、白噪聲放大器設(shè)計(jì),鮑景富 電子工程學(xué)院,噪聲,定義,是任何與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的隨機(jī)干擾。,噪聲,定義,是任何與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的隨機(jī)干擾。,噪聲分類(lèi),熱噪聲（thermal noise ） 閃爍噪聲 （flicker noise ） 散粒噪聲 （shot noise ）,熱噪聲,熱噪聲主要是由導(dǎo)體內(nèi)部自由電子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。 電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng), 在導(dǎo)體內(nèi)部形成許多微小的電流波動(dòng)。雖然它們的總平均電流為零,但每一瞬間都會(huì)在導(dǎo)體兩端引出一個(gè)小小的波動(dòng)電勢(shì)。 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,噪聲電壓：,K：波爾茲曼常數(shù)， T：開(kāi)爾溫度（K） B：信號(hào)帶寬

2、（Hz） R：電阻值（ ）,電阻熱噪聲,時(shí)域,頻域,0,閃爍噪聲,閃爍噪聲又稱(chēng)為1/f噪聲。 來(lái)源于電阻中導(dǎo)電微粒的不連續(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(guò)不連續(xù)點(diǎn)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(qiáng)的低頻譜密度, 在高頻時(shí)強(qiáng)度急劇減小。測(cè)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,時(shí)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, 它是載流子不均勻通過(guò)勢(shì)壘區(qū)時(shí)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(lái)源。 一般晶體二極管和三極管電流流經(jīng)勢(shì)壘區(qū)

3、, 散彈噪聲較大。 在低頻和中頻下，散粒噪聲譜與頻率無(wú)關(guān)（白噪聲）；高頻時(shí)，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。,散粒噪聲,0,時(shí)域,頻域（低中頻）,系統(tǒng)噪聲,閃爍噪聲區(qū),白噪聲區(qū),0,噪聲功率譜密度,散粒噪聲區(qū),白噪聲放大器,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(jì)難點(diǎn),放大器的增益帶寬積為常數(shù)，故低頻增益大， 高頻增效小。設(shè)計(jì)過(guò)程需降低低頻增益，常 用方法是引入負(fù)反饋,頻率,增益,頻率,增益,增益平坦度,白噪聲放大器設(shè)計(jì)難點(diǎn),由于直流放大器直接耦合，其中有任何一點(diǎn)靜態(tài) 電位的變動(dòng)，都有會(huì)經(jīng)耦合放大后在輸出中呈

4、現(xiàn) 出來(lái)，即使沒(méi)有輸入信號(hào)，由于溫度的變化和電 源電壓不穩(wěn)定的影響，輸出端也會(huì)出現(xiàn)電壓的緩 慢變動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做零點(diǎn)漂移。 直流放大器中，前級(jí)的零點(diǎn)漂移會(huì)被逐級(jí)放大， 以致在最后一級(jí)的輸出端產(chǎn)生很大的漂移電壓。,零點(diǎn)漂移,白噪聲放大器設(shè)計(jì),白噪聲放大器設(shè)計(jì)指標(biāo),Vin,Vout,由于信號(hào)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(jí)放大，而且要對(duì)增益進(jìn)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(jí)組成。同時(shí)要選擇高穩(wěn)定、低噪聲、高增益帶寬積的放大器,白噪聲放大器結(jié)構(gòu),放大器的三級(jí)組成,輸入緩沖,可控增益放大,輸出功率放大,要滿(mǎn)足輸入

5、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(duì)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。,白噪聲放大器設(shè)計(jì),輸入緩沖,Vin,Vout,輸入緩沖,可控增益放大,輸出功率放大,前置放大電路可以使用電壓 跟隨器實(shí)現(xiàn)，采用OPA642 運(yùn)放，其增益帶寬積為400。 電路圖如下所示。,白噪聲放大器設(shè)計(jì),輸入緩沖,+,V,in,OPA,642,+5V,-5V,V,1,R,k,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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(yùn)放AD603實(shí)現(xiàn)。,白噪聲放大器設(shè)計(jì),可控增益

6、放大,Vin,Vout,輸入緩沖,可控增益放大,輸出功率放大,+,AD603,+15V,-15V,8,6,4,2,5,V1,1,Vc,白噪聲放大器設(shè)計(jì),可控增益放大,V2,AD603通頻帶為90MHz，增 益為10+30dB,AD603增益和控制電壓的關(guān) 系：,其中 Gain為增益（dB） Vc為控制電壓（V）,3,+,AD603,+15V,-15V,8,6,4,2,5,V1,1,Vc,白噪聲放大器設(shè)計(jì),可控增益放大,V2,要求輸入增益為1060dB， 則需要兩級(jí)級(jí)聯(lián)。,Vc輸入電壓為0.5V+0.5V ， 則增益為1030dB。,3,白噪聲放大器設(shè)計(jì),可控增益放大,3,3,白噪聲放大器設(shè)計(jì),

7、可控增益放大,級(jí)聯(lián)增益為：,當(dāng)Vc1和Vc2輸入電壓為 -0.5+0.5V時(shí)，增益為 -2060dB,級(jí)聯(lián)間的電容c是防止前級(jí) 的直流偏移電壓進(jìn)入下一 級(jí)放大器。,經(jīng)輸入緩沖和可控增益放大兩級(jí)輸出的信號(hào)，功率太小，不具備驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，故需進(jìn)行功率放大，才能達(dá)到系統(tǒng)對(duì)輸出功率的要求。,白噪聲放大器設(shè)計(jì),輸出功率放大,Vin,Vout,輸入緩沖,可控增益放大,輸出功率放大,+,AD844,+15V,7,-15V,4,BUF634,2,3,6,+15V,7,-15V,4,1,3,6,V2,Vout,R1,R2,Rf,R3,白噪聲放大器設(shè)計(jì),輸出功率放大,電路采用AD844和BUF34級(jí)聯(lián)的方式,白噪聲放大器設(shè)計(jì),輸出功率放大,在15V電壓下，AD844在大信號(hào)輸入時(shí)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(fù)載為100電阻提供足夠的帶負(fù)載能力。,白噪聲放大器設(shè)計(jì),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(gè)大環(huán)負(fù)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。,白噪聲放大器測(cè)試,增益誤差測(cè)試,在輸入端加峰峰值為10mV，頻率為10MHz的信號(hào)，然后預(yù)設(shè)增益值將其與實(shí)際增益值比較,白噪聲放