白噪声放大器.ppt

1、白噪声放大器设计,鲍景富 电子工程学院,噪声,定义,是任何与有用信号无关的随机干扰。,噪声,定义,是任何与有用信号无关的随机干扰。,噪声分类,热噪声（thermal noise ） 闪烁噪声 （flicker noise ） 散粒噪声 （shot noise ）,热噪声,热噪声主要是由导体内部自由电子无规则热运动所产生的。 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,噪声电压：,K：波尔兹曼常数， T：开尔温度（K） B：信号带宽

2、（Hz） R：电阻值（ ）,电阻热噪声,时域,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,时域,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, 它是载流子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

3、, 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。,散粒噪声,0,时域,频域（低中频）,系统噪声,闪烁噪声区,白噪声区,0,噪声功率谱密度,散粒噪声区,白噪声放大器,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,放大器的增益带宽积为常数，故低频增益大， 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,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

4、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。 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,白噪声放大器设计,白噪声放大器设计指标,Vin,Vout,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,白噪声放大器结构,放大器的三级组成,输入缓冲,可控增益放大,输出功率放大,要满足输入

5、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。,白噪声放大器设计,输入缓冲,Vin,Vout,输入缓冲,可控增益放大,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。,白噪声放大器设计,输入缓冲,+,V,in,OPA,642,+5V,-5V,V,1,R,k,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。,白噪声放大器设计,可控增益

6、放大,Vin,Vout,输入缓冲,可控增益放大,输出功率放大,+,AD603,+15V,-15V,8,6,4,2,5,V1,1,Vc,白噪声放大器设计,可控增益放大,V2,AD603通频带为90MHz，增 益为10+30dB,AD603增益和控制电压的关 系：,其中 Gain为增益（dB） Vc为控制电压（V）,3,+,AD603,+15V,-15V,8,6,4,2,5,V1,1,Vc,白噪声放大器设计,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,白噪声放大器设计,可控增益放大,3,3,白噪声放大器设计,

7、可控增益放大,级联增益为：,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。,白噪声放大器设计,输出功率放大,Vin,Vout,输入缓冲,可控增益放大,输出功率放大,+,AD844,+15V,7,-15V,4,BUF634,2,3,6,+15V,7,-15V,4,1,3,6,V2,Vout,R1,R2,Rf,R3,白噪声放大器设计,输出功率放大,电路采用AD844和BUF34级联的方式,白噪声放大器设计,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。,白噪声放大器设计,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。,白噪声放大器测试,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,白噪声放