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优化噪声性能的最新运算放大器选择指南

来源:analog 发布时间:2024-01-17

摘要: 设计说明140是设计说明6的更新。它涵盖了新的低噪声运算放大器以及一些高速运算放大器。尽管已经发生了很大的变化,特别是在电子领域,噪声仍然是运放电路设计中的一个关键问题。

八年前,George Erdi撰写了一份非常有用的设计说明(DN6),以图形和表格的形式提供了帮助选择最佳噪声性能的运算放大器的信息。设计说明140是DN6的更新。它涵盖了新的低噪声运算放大器以及一些高速运算放大器。尽管在过去的八年中发生了很大的变化,特别是在电子领域,噪声仍然是运放电路设计中的一个关键问题,LT1028仍然是低源阻抗应用中噪声最低的运放。

运算放大器电路将产生的噪声量由所使用的器件、电路中的总电阻、测量带宽、电路的温度和电路的增益决定。谱密度或点噪声是衡量运放噪声性能的一个方便的指标。这是通过将测量归一化到带宽单位来获得的。这里的单位是1Hz,噪声报告为“nV/√”赫兹.“特定应用带宽中的噪声可以通过将点噪声乘以应用带宽的平方根来计算。

为了便于比较,还做了一些其他的简化。例如,噪声指的是电路的输入,这样电路增益的影响(随应用而变化)就不会混淆问题。此外,计算假设温度为27°C或300°K。

点噪声的计算公式和电路原理图如图1所示。图2至图4绘制了选定运放的点噪声与等效源电阻的关系。前两幅图显示了用于低频应用的精密运放,而最后一幅图显示了高速电压反馈运放。低频运算放大器有两个图,因为在非常低的频率(小于约200Hz)下,与频率成反比的附加噪声机制变得重要。这被称为1/f闪烁噪声。图2显示了由于这种贡献而产生的稍高的噪声水平。


图1 


图2 10kHz点噪声vs等效源电阻。

研究公式和图表可以得出几个结论。所使用的电阻器的值应尽可能小,以尽量减少噪声,但由于反馈电阻器是运放输出端的负载,因此它不能太小。对于较小的等效源电阻,电压噪声占主导地位。随着电阻的增加,电阻噪声变得最重要。当源电阻大于100k时,电流噪声占主导地位,因为电流噪声的贡献与Req成正比,而电阻噪声与√成正比要求的事情

对于低频应用和大于100k的源电阻,LT1169 JFET输入运放是显而易见的选择。LT1169不仅具有0.8fA/√的极低电流噪声赫兹,电压噪声极低,为6nV/√赫兹. LT1169还具有出色的直流规格,其输入偏置电流极低,为3pA(典型),在输入共模范围内保持,并具有120dB的高增益。


图3 1kHz点噪声vs等效源电阻。

高速运算放大器,在这里定义为大于100V/μs,如图4所示。这些运算放大器的速度范围比图2和图3所示的精密运算放大器更宽。速度较快的部件通常会有稍微多一点的点噪声,但因为它们很可能是根据速度选择的,所以绘制了部件的选择。例如,LT1354 - LT1363(这些是单运放;双通道和四通道可用)在噪声性能上接近,因此在图上聚集在一起,但速度范围为12MHz GBW至70MHz GBW。


图4 10kHz点噪声vs等效源电阻(高速放大器)。

表1以表格形式提供了相同的信息。


表1。最佳运放的最低噪声与源电阻。

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