放大器外部噪声源包括所有类型的外部影响,比如外部器件和电气/电磁干扰等。干扰是指以电压或电流形式存在的任何无用信号,既可能存在于放大器引脚处,也可能存在于相关的电路中。干扰可能表现为尖峰、阶跃、正弦波和随机噪声等。干扰可以来自任何地方:机械、附近的电源线、射频发射器或接收器、计算机,甚至同一设备中的其他电路(即数字电路或开关型电源)。即使通过周密的设计和/或电路板布局布线来消除所有干扰,放大器及其相关电路中的器件仍可能产生随机噪声。
周围电路器件产生的噪声也必须考虑。当温度高于绝对零度时,所有电阻都是噪声源,这是载荷子热运动的结果,称为约翰逊噪声或热噪声。这种噪声随电阻、温度和带宽的增加而升高。电压噪声通过公式 1 计算。
其中:
Vn 是电压噪声。
k 表示玻尔兹曼常数(1.38 × 10−23 J/K)。
T 表示绝对温度(单位:K)。
B 表示带宽(单位:Hz)。
R 表示电阻(单位:Ω)。
电流噪声(与电流相关的噪声)通过公式 2 计算。
其中:
In 是电流噪声。
k 表示玻尔兹曼常数(1.38 × 10−23 J/K)。
T 表示绝对温度(单位:K)。
B 表示带宽(单位:Hz)。
R 表示电阻(单位:Ω)。
电阻
就本应用笔记而言,电阻噪声仅限于热(约翰逊)噪声。为使此类噪声保持较低水平,电阻值应尽可能低,因为热(约翰逊)噪声的均方根(RMS)电压与电阻值的平方根成正比。例如,1 kΩ 电阻在室温下的热噪声约为 4 nV/√Hz。
当进行深入分析和低噪声设计时,还应考虑其他类型的电阻噪声,如触点噪声和散粒噪声。以下是一些实用注意事项,在选择电阻时应予以考虑。
●选择最大的实际瓦数电阻,因为材料体积越大,触点噪声越低。
●选择低噪声阻性元件材料
●整体由纯金属和/或金属合金构成的阻性元件噪声较低,例如Vishay Bulk Metal®箔技术电阻(如S102C、Z201)
●由金属合金构成的绕线电阻具有与Bulk Metal箔技术相似的噪声特性,但电感更大。
●金属膜电阻和薄膜电阻,比Bulk Metal箔或绕线电阻噪声更大,因为闭塞、表面缺陷和不均匀沉积会产生显著的噪声。
●厚膜和碳合成电阻是噪声最大的电阻。
电抗
电抗(如电容和电感)不会产生噪声,但通过电抗的噪声电流却会产生噪声电压和相关寄生噪声。
要降低电路输出的噪声,可通过降低电路中的器件总电阻或限制电路带宽。降低温度一般用处不大,除非能使电阻温度降至极低的水平,因为噪声功率是与绝对温度成比例的。
电路中的所有电阻均会产生噪声,必须始终考虑所产生噪声的影响。实际上,只有输入和反馈通道中的电阻(通常在高增益配置中)有可能对电路总噪声产生较大的影响。噪声既可认为来自电流源,也可认为来自电压源(在既定电路中,往往采用一种便于处理的形式)。