ZHCAFW8 October 2025 TPS7A56 , TPS7A57 , TPS7A94 , TPS7A96
前文所述的放大器电路在串联和并联级中采用相同的运算放大器器件,以优化性能、简化设计及节约成本。为充分发挥运算放大器的超低噪声性能,必须采用极小值的反馈电阻。
参见 图 2-2 中所示的同相运算放大器器件的噪声分析。
Vn:表示运算放大器电压噪声。
Vn,Rx:电路中每个电阻器产生的电压噪声。电压噪声可以根据公式 (4) 计算:
其中 K 是玻尔兹曼常数 = 1.380649✕10–23 (1/K°),K 是以开尔文为单位的温度。
In±:表示流经任一输入电阻器的运算放大器电流产生的热噪声。
公式 5 可用于计算运算放大器输入电流的噪声。
参照参考文献 [4] 一节中的非反相运算放大器噪声计算方法,可通过 公式 6 获得输入等效噪声 (RTI):
若将电阻器热噪声(公式 4)绘制成电阻为 x 轴,而噪声为 y 轴的曲线,结果如 图 2-3 所示。
图 2-3 所示的是一个 50Ω 电阻器在室温下产生的热噪声相当于 900pV/Hz 运算放大器在 1kHz 频率下的噪声。在此放大器设计中,选择非常小的反馈电阻值至关重要,因为此类电阻产生的热噪声可能超过所选运算放大器的噪声。通过查阅公式 6 可知,当 Rzi、Rg 和 Rf 相对于运算放大器的噪声较大时,这些电阻值会产生显著的噪声。本设计需选择使运算放大器噪声成为 公式 6 中主导噪声源的电阻值。电阻器的 Rzi 和 Rg 值可采用相同的小阻值以平衡运算放大器的输入电流,从而保持最小输出偏置电压。电阻器的 Rf 值可以相对较大,以适应第一级并联级所需的显著增益,该级承担放大器电路的大部分总增益。薄膜电阻器是该放大器电路的首选元件,因其相较于厚膜电阻器能提供更优的稳定性,同时保持更低的噪声水平。
第二个串联级的反馈电阻值并不那么重要,因为放大的信号(噪声)已高于运算放大器和电阻器的噪声。上述所有电阻器的封装尺寸必须保持较小的封装,以减小其底部的寄生电容。