Gürültü kazancı nedir gerçekten? Genel davada nasıl belirlenir?

23

GÜNCELLEME : Bu soru benim için oldukça adil bir araştırma saplantı olarak adlandırılabilecek şeyleri tetikledi. Altına oldukça yaklaştım, sanırım bulgularımı aşağıda bir cevap olarak yayınladım.

Burada da benzer bir soru vardı, ancak cevaplarında genel bir hesap sormadı.

Gürültü kazancı , nadiren bahsetmiş ve görünüşte yanlış anlaşılmış bir kavram olarak ortaya çıkmaktadır; bunun nasıl kullanılacağını biliyorsanız, op amp devrenizin stabilitesini esnek bir şekilde ayarlama gücü sağladığı gerçeği ile kabul edilir.

Tam olarak güvenebileceğiniz bir denklem olduğunu düşündüğünüzde, op amper için iyi bilinen kazanç denklemi duruma bağlı olarak ortaya çıkıyor.

G = \frac{A_{o}}{1 + A_{o} β}

$G = \frac{A_o}{1 + A_o\beta}$

Görünen o ki, kullandığınız tanımına bağlı . $\beta$

Unsuprising kısmı (arka plan)

Bildiklerimin ve doğru olduğunu gösterebileceğim şeylerin kısa bir muhasebesiyle başlayacağım, sadece ödevimi yaptığımı ve acele cevapları bırakmadığımı söyleyebilirsin:

$\beta$ , geri besleme kesri olarak bilinir (bazen geri besleme faktörü ) ve geri besleme girişine geri beslenen çıkış voltajının oranıdır.

Aşağıdaki ters çevirmeyen amplifikatör göz önüne alındığında, ters çevirme girişine ulaşan oranı , gerilim bölücünün incelenmesiyle kolayca belirlenir : $V_{out}$ $1/10$

V_{-} = V_{o u t} \frac{R_{g}}{R_{f} + R_{g}}

$V_- = V_{out} \frac{R_g}{R_f + R_g}$

β = \frac{V_{-}}{V_{O u t}} = \frac{{R,}_{g}}{{R,}_{f} + {R,}_{g}} = \frac{10 k}{90 k + 10 k} = \frac{1}{10}

$\beta = \frac{V_-}{V_{out}} = \frac{R_g}{R_f + R_g} = \frac{10\mathrm{k}}{90\mathrm{k} + 10\mathrm{k}} = \frac{1}{10}$

formüle geri dönersek, bu durumda yaklaşık 100.000 olan açık döngü kazancı anlamına gelir. Formül yerine geçerek, kazanç: $A_o$

G, = \frac{{bir}_{O}}{1 + {bir}_{O} β} = \frac{100, 000}{1 + (100, 000 \cdot \frac{1}{10})} = \frac{100, 000}{10, 001} = 9.999

$G = \frac{A_o}{1 + A_o\beta} = \frac{100,000}{1 + (100,000\cdot \frac{1}{10})} = \frac{100,000}{10,001} = 9.999$

Bu yüzden yakın bir şekilde karanlıktı , bu yüzden genellikle bit'i düşürüyoruz ve sadece diyoruz . Bir simülasyonun öngördüğü şey budur ve bankta gözlenenlere çok yakındır. Çok uzak çok iyi. $10$ $1 +$ $G = 1/\beta$

$\beta$ ayrıca frekans cevabında rol oynar.

Sarı iz açık döngü ( , mor olan kapalı devre (CL) sinyal kazancı ( ). $V_{out}/(V_+ - V_-)$ $V_{out}/V_{sig}$

Görüntüyü genişletmeden görmek zor, ancak açık döngü kazancı 4.51 MHz'de 0dB'yi geçiyor; kapalı döngü kazancının üzerindeki 3dB düşme noktası 479 kHz, yani yaklaşık on yıl. Kapalı döngü kazancı, sinyali arttırmak için açık döngü kazancı "tüketir". Açık döngü kazancı bunu yapmak için yeterli olmadığında, açık devre kazancı düşer ve bu durumda açık döngü kazancının 10 (20dB) olduğu durumlarda 3dB aşağıya iner. Yana 20dB / on düştüğü, bunun altında on yıl var 'ın 0dB noktası. $A_o$ $A_o$

Yani bu durumda:

{B W}_{C L} = β \cdot {B W}_{O L} = 0.1 \cdot 4.51 M'H z \approx 479 k'H z

${BW}_{CL} = \beta \cdot {BW}_{OL} = 0.1 \cdot 4.51 \mathrm{MHz} \approx 479 \mathrm{kHz}$

Şaşırtıcı kısmı

Tamam, belki de yanılmışımdır? Bunların hepsi iyi çalışıyor gibi görünüyor. Hmm, peki devreyi biraz değiştirirsek. Bu masum görünüşlü direnç : $R_n$

Ve tekrar frekans üzerinden kazancınıza bir bakın:

Oha! Bunun nesi var?

Kapalı döngü sinyal kazancı (mor iz) hala 10 (20dB)
ancak bant genişliği 436 kHz'e kadar bir on yıl daha azaltılabilir!
Doğru şekilde bir camgöbeği izi var , ama kaldı $A_o$

Şimdiye kadar çalıştım

Hafta sonu boyunca Walter Jung'un mükemmel kitabı Op Amp Applications'ı okuyordum . Birinci bölümde , sinyal kazancını dikkatlice ayırt etmek için gürültü kazanımı kavramını tanıtıyor . Bu, gürültü kazancını sadece olarak tanımladığı ve gösterimini önerdiği zaman, yeterince basit görünüyordu . $1/\beta$ $NG$

Yukarıdaki ilk ters çevirmeyen amplifikatör için, gürültü kazancı sinyal kazancına eşittir , bu yüzden belki de nadiren bir farkla karşılaşırız. $(G)$

Ancak, çeşitli kaynaklardan çeşitli factoidler topladım:

Yukarıdaki camgöbeği izleri gürültü kazancı (aslında, sadece SPICE ile çizebilseydim olacağı yerdi). Kapsamlı çevrimiçi arama sonrasında bir avuç referans buldum, ancak sinyal kazancı ile aynı olmadığı zaman nasıl belirleneceği ile ilgili hiçbir açıklama yapamadım. Yukarıdaki ikinci devrede, bu değer:

$\frac{{R,}_{f}}{{R,}_{g} ∥ {R,}_{n}}$ $\frac{R_f}{R_g\parallel R_n}$
Gürültü kazancı, sinyal kazanımını değil, frekans tepkisini belirleyen şeydir. Gürültü kazancı, bir SP analizi (ve devrenizin) bir AC analizinde frekans tepkisini belirlemek için kullandığı şeydir.
Döngü kazancı ( ) ve yükseltici kararlılığını belirler. Ancak bu ifadedeki , beta beta'dur ( sinyal beta değil, gürültü beta) . Unutmayın, gürültü beta veya sinyal beta terimlerini hiç baskıda görmedim, ikisini ayırt etmek için onları yeni icat ettim (veya yeniden icat ettim). $A_o\beta$ $\beta$
Yukarıda gösterildiği gibi, sinyal kazancı değiştirilmeden gürültü kazancı manipüle edilebilir. Bu, bir devre amplifikatörünün bant genişliğini ayarlamak için çok güçlü bir yol olarak ortaya çıkıyor, sadece devre dışı kalmadan sinyal almak zorunda kalmadan istediğiniz faz marjını elde etmek.
Terminoloji biraz tedirgindir, ancak AD'den gelen bu uygulama notu açık döngü kazancı ve kapalı döngü kazancı olduğunu söyleyerek bana en açık görünüyor, ancak iki tür kapalı döngü kazancı, sinyal kazancı ve gürültü kazancı var.

Geçici olarak çıkardığım birkaç şey

Not: Bu hipotez yanlış olduğu ortaya çıkıyor. Bir op amperi bir DC amplifikatörüdür ve bu nedenle temel devre özellikleri (gürültü kazancı dahil) DC'de ölçülebilir, bunun düşük frekanslarda olduğu gibi görünür.

~~Hipotez: Sinyal kazancı DC analizi ile belirlenir. Gürültü kazancı AC analizi ile belirlenir.~~ Bunun bütün hikaye olmadığını ve aşağıdaki temel sorularımdan biri olduğundan şüpheleniyorum. Ancak, bağımsız voltaj kaynaklarını kısaltırsanız ve geri bildirim ağının voltaj kazancı aktarma işlevini çözerseniz, şimdiye kadar denediğim durumlarda gürültü kazancı için doğru değeri üretiyor gibi görünüyor. Bu şu anlama gelir:

β_{n O ben s e} = \frac{Δ v_{-}}{Δ v_{O u t}}

$\beta_{noise} = \frac{\Delta v_-}{\Delta v_{out}}$

Neden bu gerçekten kullanışlı

Devrenin kararlılığının belirlendiği döngü kazancına bir göz atalım. Ben 1k (hemen hemen olduğu gibi), 2k, 5k ve 100Meg (hiç direnç yok) gibi değerlerinin yerine . Telafi edilmemiş devreyi 45 derece faz marjına düşürmek için çıkış boyunca 5 nF'lik bir kapasitör ekledim: $R_n$

Buradaki yumruk hattına atlayacağım. ayarlayarak , nerede olduğunu (bu durumda 46 °) ve 90 ° ve aralarında istediğim herhangi bir yer arasındaki faz kenar boşluğunu değiştirebilirim. Bu bant genişliği pahasına geliyor, bu yüzden tamamen ücretsiz bir öğle yemeği değil, ama istediğim her yerde bu takası optimize etmeme izin veriyor. Bu, benim adım cevabımı aşağıdaki sarı ve mor izler arasında ayarlama kabiliyetine dönüşüyor: $R_n$

Tam ve genel bir hesabın cevaplayacağı sorular

Aşağıdaki sorulara bireysel cevaplar aramıyorum. Aradığım şey, bu soruları kendim için kolayca cevaplamama izin verecek olan gürültü kazancının açıklaması. Bunları cevap için "test takımı" olarak düşünün :)

Op amp nasıl iki farklı geri bildirim kesirine sahip olabilir? Sinyal kazancı DC'de hesaplanabildiğinden ve gürültü kazancı AC'de gözüktüğünden, belki bir tanesinden DC geri besleme kesirini ve ikincisi AC geri besleme kesirini düşünebiliriz?
Gürültü beta Eğer bir AC geribildirim kesir, neden DC geribesleme kesir sinyal kazancı belirler? Sinyal AC, bu yüzden nasıl farklı muamele edileceğini anlamıyorum.

Öyleyse benim asıl sorum şu:

Gürültü kazancı gerçekten nedir?
Neden ve neden “neden iki tane değil bir tane var” anlamında sinyal kazanımından farklı? , ve
Genel durumda devre analizi ile gürültü kazancı nasıl belirlenir? (yani, Hangi eşdeğer model kullanılır.)
SPICE 'de nasıl çizileceğini öğrenirseniz bonus puanlar :)

— scanny
kaynak

3

İlginç soru. Gerçekten bilgili insanların ne söyleyeceğini görmek için sabırsızlanıyorum.

— JRE,

Camgöbeği izi = 10 * Vout bu yüzden önemli değil. Bu soru çok uzun soluksuz ve noktayı kaçırıyorsunuz. Gürültü kazancı, gösterdiğinizle alakası yoktur.

— Andy,

@Andyaka - Aksine, mavi-yeşil iz olan nokta; bu ikinci devrenin gürültü kazancı, Bana inanmıyorsan, Walter Jung'a inanıyorum: analog.com/library/analogDialogue/archives/31-2/Graphics/… . Yukarıdaki ikinci devre Walter'ın görüntüsünde soldaki ile aynı. Gürültü kazancını doğrudan çizemedim, bu yüzden 10 * V_out ile yaklaştım, bu durumda bu en azından 0dB geçişi için oldukça iyi bir yaklaşımdır.

1 + \frac{{R,}_{f}}{{R,}_{g} ∥ {R,}_{n}} = 1 + \frac{90 k}{10 k ∥ 1 k} \approx 100 = 40 d B

$1 + \frac{R_f}{R_g \parallel R_n} = 1 + \frac{90k}{10k \parallel 1k} \approx 100 = 40dB$

— scanny

ama bu benim amacım. On kez çizerek Vout, yapılacak tamamen mantıklı bir şey. Tur sorusunu oluklara indirdi. Kefaret gerekli!

— Andy,

Bunu faydalı bulabilirsiniz: analog.com/library/analogDialogue/archives/43-09/…

— Peter Smith

11

Tamam, sonra çok fazla araştırma, ben bu işin sonuna kadar olduğu düşünülünce. Aslında, bu konu alanını oldukça derin bulduğumdan, sadece dibe yaklaştığından eminim ama sanırım biraz ışık tutacak kadar yaklaştığımı düşünüyorum.

Temel bir yanılgı

Anlayışımdaki bir dönüm noktası, OP’de attığım denklemin:

G = \frac{A_{o}}{1 + A_{o} β}

$G = \frac{A_o}{1 + A_o\beta}$

bir blok diyagramı denklemidir , bir devre denklemi değil . Bunlar iki farklı şeydir ve biriyle diğeri arasındaki çeviri genellikle önemsiz değildir. Çevirinin basit ters çevirmeyen op amp davası için önemsiz olduğu gerçeği , belki de ilk başta kafama düştüğüm kişi için, belki de istemeden bir tuzaktır :)

Bunun neden kısa sürede önemli olduğunu göreceğiz.

Gürültü kazancı nedir gerçekten?

Gürültü kazancı (bir op amp devresinde), ters çevirmeyen (+) girişte uygulanan küçük bir sinyalin yaşadığı kazançtır.

Buna ses denir, çünkü ses sıkça “girişe atıfta bulunulur” olarak ifade edilir; bu, belirli bir ses çıkışı üretmek için girişte bulunması gereken gürültü sinyalini ifade eder. Bu, op ampin çeşitli kısımlarından kaynaklanan gürültünün, tek bir eşdeğer değere "toplanmasına" izin verir, böylece kara kutunun içindeki gürültünün neden olduğu umrunda olmayan herhangi bir analizi basitleştirir.

Basit, ters çevirmeyen bir amplifikatörde gürültü kazancı, sinyal kazancıyla aynıdır:

Sinyalin doğrudan invertör olmayan girişe uygulandığını düşündüğünüzde anlamlıdır ve bu düğümde uygulanan küçük bir diferansiyel voltaj, sinyalin tam olarak aynı kazancını yaşar.

Bence blok şema görünümü bunu en net şekilde gösteriyor. Muhtemelen bu basit, ters çevirmeyen vakayı anlamak için kesinlikle gerekli değil, ancak genel vakayı anlamak için çok önemli buldum . Ayrıca, bir blok şema değişkenidir, bu nedenle, akıl yürütme için kullandığımız zaman blok şema alanında kalırsak, tekrarlayan zihinsel blok-devre çevirilerinden kaçınabiliriz. $\beta$

Op-amp evirmeyen girişine toplanmasıyla blok tekabül düğüm (bu durumda, ancak genel olarak aşağıda göreceğimiz gibi). Bir gürültü sinyali ile orada uygulanan "gerçek" sinyal arasında bir fark olmadığını ve bu durumda gürültü kazancını görmek kolaydır: $+$

N- G, = \frac{{bir}_{O}}{1 + {bir}_{O} β}

$NG = \frac{A_o}{1 + A_o\beta}$

Şimdi, kitabında, Walter Jung gürültü kazancını olarak tanımlamaktadır . Ve hepimiz biliyoruz ki, yukarıdaki denklemin olduğunda yaklaşık olduğunu . Aslında, bu yaklaşım, Bode şemasındaki büyüklük eğrisinin başlangıcındaki uzun düz kısmın Y ekseni konumu olan DC gürültü kazancını elde etmek için mükemmeldir. Ancak, frekansa bağlı davranışını görmek istiyorsanız (örneğin, SPICE'ta çizmek için), uzun formu kullanmanız gerekir. $1/\beta$ $1/\beta$ $A_o\beta \gg 1$

Tamam, genel durumdaki gürültü kazancını nasıl hesaplayacağımıza karar veriyoruz, ancak bir zorluk devam ediyor: Beta ( ) değerini nasıl belirliyoruz ? İlk başta açık olmayabilir, ancak bu bir zorluktur, çünkü betaya katkıda bulunan bileşenler diğer bloklara da katkıda bulunabilir . Geribildirim ağının hepsinin kendisine sahip olacağının garantisi yoktur; Aslında, onların "paylaşılan" (belki de daha kesin olarak, birbirine bağlı ) olmalarının bir örneği için tersine çevrilmiş amplifikatör yapılandırmasından başka bir şeye ihtiyacımız yok . $\beta$

Aşağıdaki ters çevirici amplifikatör devresini düşünün:

Bu devrenin blok şeması şöyledir:

Devre şemasından buraya nasıl geldiğinizin ayrıntılarına bakmayacağım, ancak yayınlamak istiyorsanız ilginç bir takip sorusu olabilir. Temel olarak, evirici terminalden bakarak bir Thevenin eşdeğeri ve sonra toplama düğümüne iki katkı elde etmek için süperpozisyonu kullanırsınız. Burada, op amp girişlerinde temsil , bu yüzden ve ifadelerinde eksi işaretleri bulunduğunu unutmayın. $R_f$ $V_e$ $V_- - V_+$ $A_o$ $\beta$

Görebileceğimiz birkaç ilginç şey var:

giriş sinyali doğrudan toplama düğümünde görünmüyor. İlk önce tarafından zayıflatılır ( burada giriş iletimini ifade eder ). Bu, gürültü kazancının neden ters topoloji için sinyal kazancıyla eşit olmadığını açıklar. Gürültü kazancı, genel devrenin değil çekirdek amplifikatör döngüsünün bir özelliğidir . $v_{in}$ $T_i$ $T_i$
$\beta$ , ters çevirmeyen durum için olduğu gibi aynıdır (işaretleri sıraladığınızda). Bu, gürültü kazancının neden ters çeviren ve ters çevirmeyen topolojiler için aynı olduğunu açıklar.
$R_f$ ve görünür hem ve blok ifadeleri. Bu, geribildirim ağı ve giriş zayıflatma ağı arasındaki karşılıklı bağımlılığı yansıtmaktadır. Bu nedenle empedanslardan birini değiştirmek hem sinyali hem de gürültü kazancını değiştirir. Dolayısıyla, mevcut geribildirim ağı bileşenlerinin değerlerini değiştirerek bunları ayrı ayrı değiştirmek mümkün değildir. $R_{in}$ $\beta$ $T_i$

Peki "gürültü kazancını zorlamak" nedir ve neden işe yarıyor?

Bu gürültü kazancı sorununa gürültü ve gürültü dengesi konusuna ilgi duymaya çalışıyorum. “ Gürültüyü arttırmaya zorlamak, birçok analog mühendisin bilmediği güçlü bir telafi tekniğidir ” iddiasında bulunan (başka bir ifadeyle) bir kaç referans buldum . Tepkim: "Hmm, ilginç sesler! Analog siyah sanatlara bayılıyorum! Gürültü kazancı nedir? Ve bunu istemediği bir şeyi yapmaya nasıl zorlarım?"

Bu son araştırmadan sonra, " döngü kazancını zorlamanın " (aşağıya doğru) daha uygun bir ifade olduğunu düşünme eğilimindeyim , çünkü kararlılığı artıran şey bu. Döngü kazancı ; Değişen bu ürünü değiştirmenin tek yolu değildir. Bu bir dakika içinde daha netleşecek. $A_o \beta$ $\beta$

Hatırlatma olarak, yukarıdaki "zorlanmış gürültü kazancı" devresinin, ters çevirmeyen bir amplifikatöre uygulandığı gibi olduğu şey şudur:

Geribildirimi ve giriş bloklarını izole etmek için aynı Thevenin eşdeğer analizini yaparsak, bunun gibi görünen bir blok şema ile sonuçlanır:

Birkaç ilginç nokta gözlemleyebiliriz:

Geri besleme yolu tarafından . Bu etkili bir şekilde geri besleme kesimini azaltır, aksi takdirde gürültü kazancı olarak bilinen çekirdek yükselteç döngüsünün kapalı döngü kazancını arttırır. $T_f$
Giriş ile zayıflatılmış olan , tam olarak aynı . Bu normalde genel devre sinyal kazancını azaltma etkisine sahip olacaktır. Bununla birlikte, bu durumda, bu düşüş gürültü kazancındaki artışla tam olarak dengelenir ve toplam sinyal kazancı etkilenmez. $T_i$ $T_f$
Çünkü ve aynıdır ve her ikisi de bir toplanmasıyla bloğu hemen önce görünür, çünkü blok diyagramı cebri lütfen aşağıdaki şekildeki gibi yaz diğer tarafına bu bloğu taşımak için izin verir. Sadece dikkatli olun, buna rağmen blok diyagramının manipülasyonları hala genel aktarma işlevi için doğru cevabı verirken , verilen herhangi bir sinyalin (bağlantı hattı) fiziksel bir noktaya yazışması için doğru cevabı verir. devre bozulabilir. $T_i$ $T_f$ $V_{out}/V_{in}$

Bu bize verilen eşdeğer diyagramı benimseyerek, genel kazanç kazancında bir değişiklik oluşturmadan (düşük frekanslarda), ana yükselticinin kazancını azaltarak, döngü kazancında istenen azalmanın elde edilebileceğini görüyoruz.

MIT'in son profesörü James Roberge (35:17'den başlayarak) tarafından bunun gerçekten mükemmel bir video gelişimi var . 20 konferans serisinin tamamını izledim (çoğu iki kere :) ve kesinlikle tavsiye ederim :)

Ayrıca, LTspice'deki gürültü kazancını doğrudan nasıl çizeceğimi de araştırdım, bir göz atmak isterseniz bunu bir takip sorusu olarak açıkladım: SPICE'ta bir op amp devresinin gürültü kazancını nasıl çizerim? .

— scanny
kaynak

Scanny, bence oldukça kapsamlı, kesin ve açıklayıcı bir türetme sağladınız. Bu yorumla, her iki opamp giriş terminali arasında bir direnç Rn - veya uygun bir Cn ve Rn seri bağlantısı sağlamanın dış frekans telafisi için klasik stabilite yöntemlerinden biri olduğunu belirtmek isterim (kararlılık marjını arttırmak). Bu işe yarar, çünkü döngü kazancı azalır. Bundan daha fazla sinyal kazanımı etkilenmeyecektir, çünkü - gösterdiğiniz gibi - "ileri sönümleme" aynı faktörden etkilenir. Bununla birlikte, sinyal bant genişliği de aynı şekilde azalır.

— LvW

Başka bir katı soru ve başka bir katı cevap. Fantastik. "... gürültü kazancını zorlamak, birçok analog mühendisin bilmediği güçlü bir telafi tekniğidir." Bağlantınız var mı? İyi bir okumaya değebilir gibi görünüyor.

— efox29

@ efox29: Burada kastettiklerimden birkaçı :) link 1 , link 2 .

— Scanny

Takip eden soru: Basit bir takipçinin gürültü kazancı ne olurdu? Basitçe 1? Ve bir takipçi için gürültü nasıl işlenir?

— Irenaius

4

Bir op- gürültü kazancı her zaman = tarafından verilir, açık döngü kazancının olduğunu varsayarsak >> (kapalı döngü) kazanç) devreniz için (not ettiğiniz gibi) tarafından verilir || . Bu, amplifikatörün ters çevirici olmayan kazancıdır ve hem ters hem de ters çevirmeyen yapılandırmalar için geçerlidir. $G_N$ $1\ +\ \frac {R_F} {R_{IN}}$ $AV_{OL}$ $A_{CL}$ $R_{IN}$ $R_G$ $R_N$

Gürültü kazancı, sinyal kazanımı değil kararlılık kriterleri için kullanılır.

İşte kullanışlı küçük bir grafik:

Amplifikatörün çok yüksek açık döngü kazancı varsa, kapalı döngü kazancı gürültü kazancıdır.

Yukarıdaki devreniz C devresiyle aynıdır

Gördüğünüz gibi, değerini değiştirerek, denge sınırını daha fazla gürültü ve ofset pahasına değiştirebilirsiniz. $R_{IN}$

Yükselticinin kapalı döngü kazancının tanımı:

[Güncelleştirme]

Yorumlara cevap olarak:

Amplifikatörün gürültü kazancı özel bir durum değildir; her zaman amplifikatörün ters çevrilmemiş kazancıdır ve nihayetinde amplifikatörün kapalı çevrim kazancını ayarlar.

$1\ + \frac {R_F} {R_{IN}}$ $\frac {R_F} {R_G}$

$R_{IN}$

Kaynak malzeme .

— Peter Smith
kaynak

Sanırım buradaki patikada ateşlisin Peter :) Birkaç şey: (1) Devremin Şekil 1.9'da gösterilmediğini düşünüyorum. Bu, cevabın geçerliliğini değiştirmiyor, ancak gelecekteki bir okuyucuyu yanlış yönlendirebilir. (2) inanıyorum

1 + \frac{R_{F}}{R_{I N}}

$1\ +\ \frac {R_F} {R_{IN}}$

R_{I N}

$R_{IN}$

3

Gürültü kazancı, gürültünün (bir op-ampin girişinin iç kısmında) geri besleme dirençleri tarafından nasıl güçlendirildiğinin (en önemlisi) ters çevirme girişinden toprağa "görünmez" kapasitansı, yani girişlerin parazitik kapasitansını arttırmasıdır. Standart ters çevirmeyen ampliferleri dikkate alın: -

Normalde çıkış voltajının değerine eşit olduğunu varsayıyoruz. $V_{IN}\times 1 + \dfrac{R2}{R1}$

Eklenen iki bileşen, her op-amp girişi içindeki ters çevirme girişinin kaçak kapasitansı ve dahili gürültü kaynağıdır.

Gürültü (ve sinyal) perspektifinden bakıldığında, R1'e eklenen kapasitörle kazanç artar. R1, (yüksek frekanslarda) kapasitörün reaktansı ile taşınır. Bu, hem sinyal kazancının hem de (söyleyelim) gürültü amplifikasyonunun arttığı anlamına gelir.

Öyleyse, bu hikayenin son kısmı bir insansal komplo: -

DC'den yukarı doğru, amplifikasyon, geleneksel kazanç, yani 1 + R2 / R1 ile belirlenir, daha sonra, bir noktada, C1, R1'i aşamalı olarak büzmeye başlar ve frekansla artış kazanır. Bu yükselen kazanç, açık döngü yanıtını karşılayana kadar devam eder, sonra açık döngü kazancı düştüğünde doğal olarak düşer.

Bu, ters çevrilmemiş bir op-amp devresine uygulandığında gürültü kazancının ne olduğudur.

— Andy aka
kaynak

1

Okuduğum tüm talimatlarla da kafam karıştı, çünkü bunlar sadece belirli devrelere uygulanabilir.

Bunu anlamanın en kolay yolu olduğunu düşünüyorum ve tüm senaryolarda çalışıyor:

Süperpozisyon teoremini izleyerek kaynaklarınızı kısa devre veya açık devrelerle değiştirin.
Op-amp'ın ters çevirme girişini ayırın ve seriyle bir gürültü voltaj kaynağı yerleştirin .
Gürültü kazancı, bu gürültü voltaj kaynağından çıkışa verilen kazançtır.

Yani bu devre için:

Sinyal kazancı 10/2 = 5 × ≈ +14 dB
R _eşdeğer = 1 kH || 2 kΩ || 10 kΩ = 625 Ω

Bu devrede değiştirin:

Gürültü kazancı 10 / (2 || 1) = 15 × ≈ +24 dB

Örnekler:

Aktif filtrelerden gelen gürültü: İstenmeyen bir sürpriz
Art Kay'dan Operasyonel Amplifikatör Gürültüsü açıklıyor

— Endolit
kaynak

0

"Gürültü kazancı" terimi, bir op amp'in iç kısımlarının eşdeğer gürültüsünü ters çevirmeyen terminale yönlendirmekten ibarettir. Örneğin, op-amp'teki voltaj gürültüsü, herbir kök başına volt cinsinden, ters çevirmeyen terminal ile seri olarak eşdeğer bir voltaj kaynağına dönüştürülür. Bu, çıktı genişliğini, bant genişliğini hesaplayarak ters çevrmeyen kazançla çarparak hesaplamanızı sağlar.

Baskın bir kutbu olan bir amplifikatörün bant genişliğini tespit ederken, aynı zamanda "gürültü kazancı" nı veya ters çevirmeyen girişten görülen kazancı kullanmanız gerekir. Bu şekilde, bant genişliği, gürültü kazancı üzerindeki GBW ürünüdür.

Bu temelde bu - Gürültü kazancı, ters çevirmeyen terminalden kazançtır. Bir ters yükselticide sinyal kazancı farklıdır, ancak bant genişliği ve gürültü + terminalden çıktıya ters çevirmeyen kazanç ile hesaplanacaktır.

— John D
kaynak

Bu ikinci devrede gürültü kazancı ve sinyal kazancı arasındaki farkı nasıl açıklar? Sinyal, ters çevrilmemiş terminale uygulanıyor ve 20 değil (10 ses kazancı) 10 (sinyal kazancı) kazanıyor.

— Scanny

Bir fark görmüyorum - Neden ses kazancı 20? Sinyal kazancı 10, gürültü kazancı 10, değil mi? Eğer ters bir amplifikatör olsaydı, sinyal ve gürültü kazancı farklı olurdu.

— John D

Bu devrede gürültü kazancı 40dB (100), (üzgünüm, 20 değil, dB'lerimi karıştırdı :) Ama kesinlikle 10 değil. Bant genişliğinin 1 yerine 2 yıl azaldığı nedeni budur. asıl sorumun ortaya çıkmasına neden olan bu devrede kazanç aynı değil :) (Aynı zamanda tasarım açısından ilginç yapan şey de budur.)

— scanny

Bu ilginç- İdeal bir op-amp için Rn'niz hiçbir şey yapmaz ve gürültü kazancı sinyal kazancıyla aynıdır, değil mi? (+ ve - girişler arasında sıfır volt.) Gerçek bir op-amp için verilen + ve - terminaller arasına bir direnç eklenmesi nedeniyle bir miktar etki olacaktır, ancak sezgisel olarak kazancı değiştirebilecek gibi görünmüyor ters sırayla terminal, büyüklük sırasına göre. Gürültü kazancını = 100 olarak gösteren camgöbeği izini nasıl aldınız?

— John D

Bu ilginç, değil mi? Tüm haftasonunu şaşırtmamı sağladı :) İdeal ve gerçekle alakası olmadığını sanıyorum. Yine de AC analizi ve DC analizi ile ilgisi var gibi görünüyor. Geribildirim kesirinin AC analizini yaparsanız (kısa bağımsız V kaynağı V_sig), 90k / .909k = 100 (40dB) olan tam doğru sonucu verir.

— scanny

0

Tersine çevrilmiş konfigürasyon ile ilgili olarak, “Rf ve Rin hem β hem de Ti blok ifadelerinde görünür. Gürültü kazancı. Dolayısıyla, mevcut geribildirim ağı bileşenlerinin değerlerini değiştirerek bunları ayrı ayrı değiştirmek mümkün değil "

Ama bence mümkün:

Rn telafisine sahip invertör