白噪声放大器

1、白噪声放大器设计鲍景富电子工程学院噪声噪声 定义定义是任何与有用信号无关的随机干扰。噪声噪声 定义定义是任何与有用信号无关的随机干扰。 噪声分类噪声分类 热噪声（thermal noise ） 闪烁噪声 （flicker noise ） 散粒噪声 （shot noise ）热噪声热噪声 热噪声主要是由导体内部自由电子无规则热运动热运动所产生的。 电子的无规则运动, 在导体内部形成许多微小的电流波动。虽然它们的总平均电流为零,但每一瞬间都会在导体两端引出一个小小的波动电势。 任何导电元器件都有可能存在热噪声, 一般电阻元件的热噪声较为显著。电阻热噪声电阻热噪声RT( )nv t4nVkTBR噪声

2、电压：K：波尔兹曼常数，T：开尔温度（K）B：信号带宽（Hz）R：电阻值（ ）231.38 10J / K电阻热噪声电阻热噪声t( )nv t时域时域频域频域0闪烁噪声 闪烁噪声又称为1/f噪声。 来源于电阻中导电微粒的不连续不连续性。电阻元件从微观看是很多不连续颗粒组成的, 电流通过不连续点就可能产生火花, 使电阻的导电发生变化, 从而引起电流变化。 具有很强的低频谱密度, 在高频时强度急剧减小。测量证明, 甚至低至几赫兹以下的闪烁噪声仍保持低频特性, 所以闪烁噪声是低频电路中的主要噪声源。闪烁噪声t( )nv t时域时域频域频域0散粒噪声 散粒噪声是晶体管器件中产生的一种电流噪声, 它是载

3、流子不均匀不均匀通过势垒区时造成的电流微小起伏。 在大多数半导体器件中，它是主要的噪声来源。 一般晶体二极管和三极管电流流经势垒区, 散弹噪声较大。 在低频和中频下，散粒噪声谱与频率无关（白噪声）；高频时，散粒噪声谱变得与频率有关。 大、 小的三极管散弹噪声较小。bbr散粒噪声t( )ni t0时域时域频域（低中频）频域（低中频）系统噪声闪烁噪声区白噪声区0f噪声功率谱密度散粒噪声区白噪声放大器闪烁噪声区白噪声区0f噪声功率谱密度散粒噪声区 由系统噪声分布可以看出，由于白噪声宽度大，噪声小，故白噪声放大器即宽带低噪声放大器白噪声放大器设计难点白噪声放大器设计难点放大器的增益带宽积为常数，故低频

4、增益大，高频增效小。设计过程需降低低频增益，常用方法是引入负反馈频率增益频率增益 增益平坦度增益平坦度白噪声放大器设计难点白噪声放大器设计难点由于直流放大器直接耦合，其中有任何一点静态电位的变动，都有会经耦合放大后在输出中呈现出来，即使没有输入信号，由于温度的变化和电源电压不稳定的影响，输出端也会出现电压的缓慢变动，这种现象叫做零点漂移零点漂移。直流放大器中，前级的零点漂移会被逐级放大，以致在最后一级的输出端产生很大的漂移电压。 零点漂移零点漂移白噪声放大器设计白噪声放大器设计通频带1kHz30MHz增益10dB60dB最大输出电压有效值6V输入电阻1k负载100白噪白噪声放大器设计指标声放大

5、器设计指标VinVout由于信号的频率较高，增益的调节范围较大，输入阻抗大，放大器宜采用多级放大，而且要对增益进行合理分配，才能使宽带放大器稳定工作，因此放大器有输入缓冲、可控增益放大器和输出功率放大器三级组成。同时要选择高稳定、低噪声、高增益带宽积的放大器白噪白噪声放大器结构声放大器结构 放大器的三级组成放大器的三级组成输入缓冲输入缓冲可控增益放大可控增益放大输出功率放大输出功率放大要满足输入电阻大于1k的要求，必须加入输入缓冲以提高输入阻抗；输入缓冲对降低系统噪声起了至关重要的作用，所以需要采用低噪声放大器。白噪白噪声放大器设计声放大器设计 输入缓冲输入缓冲VinVout输入缓冲输入缓冲可

6、控增益放大可控增益放大输出功率放大输出功率放大前置放大电路可以使用电压 跟随器实现，采用OPA642 运放，其增益带宽积为400。 电路图如下所示。白噪白噪声放大器设计声放大器设计 输入缓冲输入缓冲+VinOPA 642+5V-5VV1Rk电压增益接近于1。输入电阻Rin=Rk，故将Rk 设置为1k。放大器主要增益部分，可以实现整个系统的增益的调节。可以选用高精度低噪声由电压控制增益的运放AD603实现。白噪白噪声放大器设计声放大器设计 可控增益放大可控增益放大VinVout输入缓冲输入缓冲可控增益放大可控增益放大输出功率放大输出功率放大+AD603+15V-15V86425V11Vc白噪白噪

7、声放大器声放大器设计设计 可控增益放大可控增益放大V2AD603通频带为90MHz，增 益为10+30dBAD603增益和控制电压的关 系：(dB)10lg( 2/1)4010GainVVVc其中Gain为增益（dB）Vc为控制电压（V）3+AD603+15V-15V86425V11Vc白噪白噪声放大器声放大器设计设计 可控增益放大可控增益放大V2要求输入增益为1060dB， 则需要两级级联。Vc输入电压为0.5V+0.5V ， 则增益为1030dB。3+AD603+15V-15V86425+AD603+15V-15V86425V1V211CVc1Vc2白噪白噪声放大器声放大器设计设计 可控增

8、益放大可控增益放大33白噪白噪声放大器声放大器设计设计 可控增益放大可控增益放大+AD603+15V -15V86425+AD603+15V -15V86425V1V211CVc1Vc233级联增益为：(dB)40140120GainVcVc当Vc1和Vc2输入电压为 -0.5+0.5V时，增益为 -2060dB级联间的电容c是防止前级 的直流偏移电压进入下一 级放大器。经输入缓冲和可控增益放大两级输出的信号，功率太小，不具备驱动负载的能力，故需进行功率放大，才能达到系统对输出功率的要求。白噪白噪声放大器设计声放大器设计 输出功率放大输出功率放大VinVout输入缓冲输入缓冲可控增益放大可控增

9、益放大输出功率放大输出功率放大+AD844+15V7-15V4BUF634236+15V7-15V4136V2VoutR1R2RfR3白噪白噪声放大器声放大器设计设计 输出功率放大输出功率放大电路采用AD844和BUF34级联的方式白噪白噪声放大器声放大器设计设计 输出功率放大输出功率放大在15V电压下，AD844在大信号输入时的10倍增益带宽为33MHz。BUF634工作在30MHz频率下，可输出250mA电流，为负载为100电阻提供足够的带负载能力。白噪白噪声放大器声放大器设计设计 输出功率放大输出功率放大为使输出稳定在预设值，应使AD844和BUF634均工作在闭环状态，故加设一个大环负

10、反馈，使BUF634的输出电压稳定在AD844输入电压的10倍。取R1=47，Rf=470。R2=47，R3=51。白噪白噪声放大器声放大器测试测试 增益误差测试增益误差测试 在输入端加峰峰值为10mV，频率为10MHz的信号，然后预设增益值将其与实际增益值比较 白噪白噪声放大器声放大器测试测试 增益误差测试表格增益误差测试表格 频率（MHZ）101010101010预置增益（dB）102030405060输入（mV）101010101010输出（V）实际增益（dB）增益误差（dB）白噪白噪声放大器声放大器测试测试 频率特性测试频率特性测试 把增益设为40dB，在不同的频率段输入峰峰值为10mV的信号，检测输出信号峰峰值并计算出相应的增益。 白噪白噪声放大器声放大器