測量超低噪聲的OP放大器噪聲測量電路工作原理分析

2021-01-15 電子產品世界

電路的功能

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採用OP放大器的直流放大器,失調漂移固然重要,而低頻噪聲也必須小。不同種類的OP放大器基噪聲差別很大,必須進行實測,以掌握具體參數。本電路是OP放大器的噪聲電壓測定電路,測量帶寬為0.1HZ~10HZ,側重低頻噪聲。因為測量結果是低頻的,不能用普通毫伏計或電平測量儀來指示,可使用筆式記錄儀或示波器來記錄或顯示。

電路工作原理

要把被測量(DUT)IC的噪聲電壓放大10,000倍,如使用失調電壓VOO大的OP放大器就有可能飽和,這時要增加失調調節電路或者把放大倍數降到100倍。

濾波放大器的放大倍數為5倍,所以總的放大倍數是50,000倍(94DB)。測得的電壓E除以50.000得到的值就相當於輸入換算噪聲電壓。

低通濾波器由R3、C2和R5、C4構成,時間常數均為16.9HZ,高通濾波器為一級CR濾波器,C5、C6、R7(假定與1M的輸出阻抗並聯,阻值取110K)的時間常數大約為0.07HZ。

為了測定失調電壓,可和數字電壓表測量R3點的輸出,測量結果被10.000除,即可得到輸入換算失調電壓。

組裝注意事項

為了測量非常微弱的電壓,必須採用穩定而且噪聲小的電源。DUT周圍很容易串入外來噪聲,所以本電路應全部放大金屬盒內,插入被測IC後,加蓋再進行測量。

注釋

最佳信號源電阻和NF

在低噪聲電路中,只使用低噪聲OP放大器還不能說明是完善的,對於OP放大器來說,除用輸入換算噪聲電壓表示噪聲特性外,在高阻抗電路中還有重要的輸入換算噪聲電流IX。

信號源電阻R3是傳感器等的阻抗,如果知道了該電阻的阻值,便可對高阻抗電路進行計算,通常用下式表示:

式中EI為信號源產生的熱噪聲,它由信號源電阻決定,從這角度看,採用低阻抗有好處,但是這時傳感器產生的信號電壓也會變小。

在上式中重要的是EN與IN.RE的關係,當EN=IX.R1時,噪聲指數最小,因此最佳信號源電阻應為R3=EN/IN。低噪聲OP放大器基數據表中已列出了EN和EN值。雙極型OP放大器的EN值較小,而FET輸入式OP放大器的IN值較低,可根據使用要求加以選用,即信號源電阻RS小的低阻抗電路應採用雙極型輸入OP放大器,而在高阻抗電路中,IN起支配作用,宜選用FET輸入型OP放大器。

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