Расчет усилителя с общим эмиттером

Именно поэтому при приеме на работу и поиске сотрудников основным требованием является знание принципов работы усилителей с ОЭ. Усилитель, каким бы он не был, усилитель аудио, ламповый усилитель или усилитель радиочастоты представляет собой четырехполюсник, у которого два вывода являются входом и два вывода являются выходом. На ней не показаны цепи питания транзистора. В настоящее время схема с общим эмиттером практически не применяется в звуковых усилителях, однако в схемах усилителей телевизионного сигнала, усилителях GSM или других высокочастотных усилителях она находит широкое применение.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Транзистор и биполярный транзистор, расчёт транзисторного каскада
• 13.5.1. Расчет усилительного каскада с общим эмиттером
• Расчет транзисторного усилителя по схеме с общим эмиттером
• Расчет усилительного каскада на транзисторе по схеме с общим эмиттером
• 2.07. Усилитель с общим эмиттером
• Расчет усилителя на биполярном транзисторе

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 308. Транзистор. Усилитель на транзисторе

Транзистор и биполярный транзистор, расчёт транзисторного каскада

Был рассмотрен транзистор в качестве электронного ключа. Но это ещё не все возможности биполярных транзисторов, можно сказать даже ключевой режим работы — это лишь малая доля в схемах, где используются транзисторы.

В львиной доле транзисторных схем транзистор используется в качестве усилительного прибора. В данных схемах транзистор используется в так называемой активной области. Транзистор в качестве усилительного прибора, включается в усилительный каскад, который кроме транзистора содержит ещё цепи питания, нагрузку и цепи связи с последующим каскадом.

Для биполярных транзисторов возможны три схемы включения, которые обладают способностью усиливать мощность: с общим эмиттером ОЭ , общей базой ОБ и общим коллектором ОК. Схемы отличаются способом включения источника сигнала и нагрузки R Н. Схема с общей базой. Схема с общим коллектором. Для всех схем включения транзистора при отсутствии сигнала, подаваемого от источника е Г , необходимо установить начальный режим по постоянному току — режим покоя.

При этом как и говорилось в предыдущем эмиттерный переход должен быть открытым, а коллекторный — закрытым.

Для транзисторов p-n-p это достигается подачей отрицательного напряжения на коллектор коллекторного напряжения E 0C и отрицательного напряжения на базу напряжения смещения E 0B.

Для транзисторов n-p-n полярность этих напряжений должна быть противоположной. Режим покоя транзистора опредяляется положением его рабочей точки, которое зависит от тока эмиттера I E практически равного току коллектора I С и зависящего от E 0B и от напряжения E 0C. Усилительные свойства транзисторов для малого переменного сигнала оцениваются с помощью различных систем параметров, связывающих входные токи и напряжения, но нормируются только два основных параметра: h 21e и f Т или f h31b.

Зная параметр транзистора h 21e для заданного режима покоя I E , можно с помощью следующих формул определить основные параметры усилительного каскада в области НЧ:. Таким образом, можно вычислить значения K — коэффициент усиления напряжения транзистора, K i — коэффициент усиления тока транзистора, Z ВХ — входное сопротивление транзистора:.

Каскад с общим эмиттером обеспечивает усиление, как по напряжению, так и по току. Его входное сопротивление порядка сотен Ом, а выходное — десятков кОм. Обладает лучшими усилительными свойствами по сравнению с ОБ и ОК и поэтому является основным типом каскада для усиления малых сигналов.

Каскад с общей базой обеспечивает усиление только по напряжению практически такое же, как ОЭ. В отличие от ОЭ каскад ОБ не изменяет фазы усиливаемого сигнала. Малое входное сопротивление каскада ОБ ограничивает его применение в УНЧ: практически он используется только как элемент дифференциального усилителя. Каскад с общим коллектором обеспечивает усиление только по току практически такое же, как ОЭ.

В отличие от ОЭ каскад ОК не изменяет фазы усиливаемого сигнала. Поэтому такой каскад называется эмиттерным повторителем. Входное сопротивление ОК зависит от сопротивления нагрузки R H и велико почти в h 21e раз больше R H , а выходное сопротивление зависит от сопротивления источника сигнала R Г и мало почти в h 21e раз меньше R Г.

Каскад ОК благодаря большому входному и малому выходному сопротивлению находит применение как в предварительных, так и в мощных УНЧ.

Для обеспечения заданного режима работы биполярного транзистора требуется установить положение точки покоя, определяемое током покоя I С. С этой целью на электроды транзистора должны быть поданы два напряжения: коллекторное и напряжение смешения базы. Полярность этих напряжений зависит от структуры транзистора. Для транзисторов p-n-p оба этих напряжения должны быть отрицательными, а для n-p-n — положительными, относительно эмиттера транзистора..

Величины коллекторного и базового напряжения должны быть различны; кроме того, различными оказываются и требования к стабильности этих напряжений. Поэтому используются две отдельные цепи питания — коллектора и базы. При этом минимальное значение U C не должно быть менее 0,5 В, иначе рабочая точка переходит в область насыщения и возрастают нелинейные искажения. Схема с фиксированным током. Схема с фиксированным напряжением.

Схема с автоматическим смещением. Заданный режим работы транзистора устанавливается путём подачи на его базу требуемого напряжения смещения U B или создания в цепи базы требуемого тока смещения I B.

В обоих случаях между эмиттером и базой устанавливается напряжение U BE ,равное в зависимости от I B 0,1…0,3 В для германиевых транзисторов или 0,5…0,7 В для кремниевых.

Смещение базы может осуществляться от общего с коллектором источника питания E 0C или от отдельного источника питания базовых цепей E 0В. При питании от E 0C смещение базы может быть фиксированным по току или напряжению или автоматическим.

Схемы с фиксированным током и с фиксированным напряжением не обеспечивают стабильности рабочей точки транзистора при изменении температуры. Схема с автоматическим смещением , получившая наибольшее распространение, содержит три резистора: R b1 , R b2 и R E. За счёт отрицательной обратной связи создаваемой R E в цепи эмиттера, достигается требуемая стабилизация рабочей точки.

Блокировочный C E используется для устранения нежелательной обратной связи по переменному току.

Схема эффективна как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов. Ориентировочные значения R b1 , R b2 и R E могут быть определены с помощью приведённых ниже формул. Входящие в вышеприведённые формулы b , c и U BE зависят от типа транзистора и режима его работы. При увеличении c и уменьшении b стабильность схемы снижается.

Транзистор, как полупроводниковый прибор, имеющий три электрода эмиттер, базу, коллектор , можно включить тремя основными способами рис. Как известно, входной сигнал поступает на усилитель по двум проводам; выходной сигнал отводится также по двум проводам. Следовательно, для трех-электродного усилительного прибора при подаче входного и съеме выходного сигнала по двум проводам один из электродов будет непременно общим. Соответственно тому, какой из электродов в схеме включения транзистора будет являться общим, различают три основные схемы включения: с общим эмиттером ОЭ , общим коллектором ОК и общей базой ОБ.

Практические варианты схем включения транзисторов структуры п-р-п и р-п-р приведены на рис. Как следует из сопоставления рисунков, схемы эти идентичны и различаются лишь полярностью подаваемого напряжения. Для определения входного RBX.

Таблица с формулами приведена для приближенных расчетов, а для первоначальной, первичной оценки и сравнения свойств основных схем включения транзисторов предназначена вторая таблица с численными оценками.

Обозначения в таблице следующие: RH — сопротивление нагрузки; R3 — сопротивление эмиттера или отношение изменения напряжения на эмиттерном переходе к изменению тока эмиттера в режиме короткого замыкания в выходной цепи по переменному току; RB — сопротивление базы или отношение изменения напряжения между эмиттером и базой к изменению тока коллектора в режиме холостого хода входной цепи по переменному току; а — коэффициент усиления по току для схемы с общей базой; р — коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером.

Наиболее часто в практических схемах используют режим включения транзистора с общим эмиттером как обладающий наибольшим коэффициентом усиления по мощности. Эмиттерные повторители схемы с общим коллектором применяют для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала с низким входным сопротивлением нагрузки.

Для построения высокочастотных усилителей имеющих низкое входное сопротивление используют схемы с общей базой. В зависимости от наличия, полярности и величины потенциалов на электродах транзисторов различают несколько режимов его работы.

Насыщение — транзистор открыт, напряжение на переходе К— Э минимально, ток через переходы максимален. Отсечка — транзистор закрыт, напряжение на переходе К — Э максимально, ток через переходы минимален. Активный — промежуточный между режимом насыщения и отсечки. Инверсный — характеризуется подачей на электроды транзистора обратной инверсной полярности рабочего напряжения. В переключательно-коммутирующих схемах, имеющих только два состояния: включено сопротивление ключевого элемента близко к нулю и выключено сопротивление ключевого элемента стремится к бесконечности , используются режимы насыщения и отсечки.

Активный режим широко применяют для усиления сигналов. Инверсный режим используют достаточно редко, поскольку улучшить показатели схемы при таком включении транзистора не удается.

Для того чтобы без расчетов первоначально оценить величины RC-элементов, входящих в состав схем рис. При этом напряжение на коллекторе эмиттере должно быть равно половине напряжения питания.

Для схемы с общей базой рис. Величины реактивных сопротивлений конденсаторов С1 — СЗ для наиболее низких частот, которые требуется усилить, должны быть примерно на порядок ниже соединенных с ними активных сопротивлений R1 — R3 рис.

В принципе, величины этих емкостей можно было бы выбрать со значительным запасом, но в этом случае увеличиваются габариты переходных конденсаторов, их стоимость, токи утечки, длительность переходных процессов и т. В качестве примера приведем таблицу 3.

Для постоянного тока реактивное сопротивление конденсаторов стремится к бесконечности. Следовательно, для усилителей постоянного тока нижняя граничная частота усиления равна нулю переходные конденсаторы не требуются, а для разделения каскадов необходимо предусматривать специальные меры. Конденсаторы в цепях постоянного тока равносильны обрыву цепи.

Поэтому при построении схем усилителей постоянного тока используют схемы с непосредственными связями между каскадами. Разумеется, в этом случае необходимо согласование уровней межкаскадных напряжений. При усилении переменного тока в цепи нагрузки усилительных каскадов зачастую используют индуктивные элементы.

Отметим, что реактивное сопротивление индуктивностей растет с увеличением частоты. Соответственно, с изменением сопротивления нагрузки от частоты, растет и коэффициент усиления такого каскада. Помимо биполярных транзисторов широкое распространение приобрели более современные элементы — полевые транзисторы рис.

По аналогии со схемами включения биполярных транзисто ров полевые включают с общим истоком, общим стоком и с об щим затвором. Основные расчетные соотношения для этих схем включения полевых транзисторов приведены в таблице 3. Ориентировочно величина R1 рис. Отметим, что, как и для биполярных транзисторов, полевые также допускают работу с отсечкой, с насыщением; активный и инверсный режимы.

Общий их коэффициент усиления несколько отличается от произведения коэффициентов усиления каждого из транзисторов. Одновременно ухудшается температурная стабильность схемы.

Усилители являются одним из самых распространенных электронных устройств, применяемых в системах автоматики и радиосхемах. Усилители подразделяются на усилители предварительные усилители напряжения и усилители мощности. Предварительные транзисторные усилители, как и ламповые, состоят из одного или нескольких каскадов усиления.

При этом все каскады усилителя обладают общими свойствами, различие между ними может быть только количественное: разные токи, напряжения, различные значения резисторов, конденсаторов и т.

Для каскадов предварительного усилителя наиболее распространены резистивныесхемы с реостатно-емкостной связью. В зависимости от способа подачи входного сигнала и получения выходного сигнала усилительные схемы получили следующие названия:.

Наиболее распространенной является схема с ОЭ. Схема с ОБ в предварительных усилителях встречается редко.

13.5.1. Расчет усилительного каскада с общим эмиттером

Онлайн калькулятор номиналов элементов различных модификаций схем ОЭ, выполненных на биполярных транзисторах. Более высокую термостабильность имеет каскад с ОЭ, схема которого приведена на Рис. Термостабилизация в этой схеме осуществляется за счёт отрицательной обратной связи, введённой в каскад посредством включения Rб1 между базой и коллектором транзистора. По большому счёту наличие ООС существенно влияет практически на все характеристики каскада, причём тем сильнее, чем выше глубина этой ОС. Глубина же этой ОС напрямую зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала. В большинстве случаев наилучшими свойствами среди базовых схем ОЭ обладает эмиттерная схема термостабилизации, приведённая на Рис.

Рассмотрим его работу, расчет характеристик и случаи применения (в В отличие от усилительного каскада с общим эмиттером из Поэтому схема усилителя с общим коллектором также известна как.

Расчет транзисторного усилителя по схеме с общим эмиттером

Задание на курсовую работу. Рассчитать каскад транзисторного усилителя напряжения. Изучение влияния параметров схемы на работу ТМУВ. Строим линию нагрузки и определяем режим работы транзистора. Справочные данные стабилизаторов напряжения в интегральном исполнении. Математический расчет дальности Wi-fi сигнала. Кремниевые эпитаксиально-планарные транзисторы. Уровень Wi-fi сигнала принято выражать в децибелах. При большом быстроизменяющемся входном сигнале в ТРУ транзистор проявляет нелинейные и динамические свойства , которые могут быть представлены эквивалентной схемой. Уравнения соединений, составленные по законам Кирхгофа , определяются только схемами соединений ветвей, то есть геометрической структурой цепи, и не зависят от вида и характеристик элементов, то есть физического содержания ветвей.

Расчет усилительного каскада на транзисторе по схеме с общим эмиттером

Рассмотрим схему схему включения транзистора с общим эммитером, несколько отличающуюся от рассмотренной ранее. Эта схема рис 3. Исходим из того, что ограничение выходного сигнала должно быть равномерное. Ограничение сверху верхней полуволны сигнала обусловлено достижением потенциала коллектора напряжения источника питания и наступает при полностью закрытом транзисторе. Тогда внутреннее сопротивление открытого транзистора мало и не оказывает влияние на ток, в коллекторной цепи.

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия.

2.07. Усилитель с общим эмиттером

Исследование усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Схема усилительного каскада, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицательная обратная связь по току, показана на рис. Резистор в цепи коллектора преобразует изменение тока коллектора в выходное напряжение. На выходе цепи включен резистор нагрузки , с которого снимается усиленный сигнал. Конденсатор в цепи эмиттера шунтирует резистор. Ёмкость этого конденсатора выбирают такой, чтобы на частоте сигнала.

Расчет усилителя на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе. Оглавление :: Поиск Техника безопасности :: Помощь. Чтобы спроектировать усилительный каскад на биполярном транзисторе, необходимо понять, какие параметры мы хотим от него получить. Нам нужно задать коэффициент усиления по напряжению каскада, амплитуду входного сигнала, желаемое выходное сопротивление. На основе этих данных мы можем выбрать биполярный транзистор, который нам подойдет по току коллектора и рассеиваемой мощности. Опираясь на характеристики выбранного транзистора, можно задать его оптимальный режим работы.

Расчет. Схема. Проектирование. Биполярный транзистор. Это усилитель с общим эмиттером, резистором обратной связи в цепи эмиттера и.

Принципиальная схема каскада представлена на рис. Выбирается сопротивление R К из следующих соображений. Основным требованием к КПУ является обеспечение высоких коэффициентов усиления, с этой точки зрения R К необходимо выбирать много больше R Н.

Усилители являются одним из самых распространенных электронных устройств, применяемых в системах автоматики и радиосхемах. Усилители подразделяются на усилители предварительные усилители напряжения и усилители мощности. Предварительные транзисторные усилители, как и ламповые, состоят из одного или нескольких каскадов усиления. При этом все каскады усилителя обладают общими свойствами, различие между ними может быть только количественное: разные токи, напряжения, различные значения резисторов, конденсаторов и т. Для каскадов предварительного усилителя наиболее распространены резистивные схемы с реостатно-емкостной связью.

Принцип действия, назначение и режимы работы биполярных транзисторов. Режим покоя в каскаде с общим эмиттером.

Был рассмотрен транзистор в качестве электронного ключа. Но это ещё не все возможности биполярных транзисторов, можно сказать даже ключевой режим работы — это лишь малая доля в схемах, где используются транзисторы. В львиной доле транзисторных схем транзистор используется в качестве усилительного прибора. В данных схемах транзистор используется в так называемой активной области. Транзистор в качестве усилительного прибора, включается в усилительный каскад, который кроме транзистора содержит ещё цепи питания, нагрузку и цепи связи с последующим каскадом.

В данной статье расскажем про транзистор. Покажем схемы его подключения и расчёт транзисторного каскада с общим эмиттером. Изобретён в американцами У. Шокли, У.

Расчет мощности усилителя для чайников • Stereo.ru

Расчет мощности усилителя для чайников

Всем салют!

Являюсь новичком в Hi-Fi, сейчас занимаюсь выбором своей первой серьезной аккустической системы 5.0. Довольно много прочитал на этом форуме и часто сталкивался с выражением «этот усилитель/ресивер не раскачает эти колонки», «он слишком слабый для вашей комнаты» и т.д. Решил попробовать посчитать требуемую мощность усилителя, погнали)

Максимально допустимый уровень звукового давления для человека -100 дБ (сильно громче вагона метро), адекватный человек на такой громкости слушать музыку в квартире не будет, скорее всего максимум для квартиры — 80-85 дБ (да и то соседи будут жаловаться). 85 дБ — это громкость в кинотеатре. 97 Дб — это плюс/минус громкость вагона метро.

Берем колонки с чувствительностью 91 дБ, т.е. это уровень звукового давления на расстоянии 1 метра от колонок при подаваемой мощности 1 Вт. Слушать музыку будем подальше от колонок — в 3 м от них, через эти 3 метра уровень звукового давления упадет на 9 дБ. Т.е. для прослушивания «вагона метро» нам нужно, чтобы колонки выдавали 106 дБ.

Считаем ватты: «при увеличении громкости на 3 дБ, нужно удвоить подаваемую мощность». Т.е. для уровня 91 дБ — нужен 1 Вт, для 94 дБ — 2 Вт, 97 дБ — 4 Вт, 100 дБ — 8 Вт, 103 дБ — 16 Вт, 106 дБ — 32 Вт. Т.е. для прослушивания «вагона метро», сидя в трех метрах от колонки, нам нужно подать на колонку 32 Вт мощности.

Как я понял, почти все дешевые ресиверы — являются усилителями класса D; если верить гуглу, то КПД у таких усилителей — 90-95%, но в это мне верится с трудом, округлим КПД в меньшую сторону — до 80%. Т.е. для того чтобы подать на колонку 32 Вт, ресивер должен сожрать 40 Вт электрической мощности. Умножаем на 5 каналов (хотя на тыловые и центральный канал столько не нужно), получаем 200 Вт потребляемой мощности.

А теперь смотрим один из самых дешевых ресиверов на рынке — Yamaha RX-V483, его мощность 260 Вт. Получается, что при расчетных условиях он работает на 75%. Я понимаю, что это довольно много — нелинейные искажения и все дела, но извините — это предельный максимум по уровню звука, так никто никогда музыку не слушает. А если брать реальный уровень громкости (85-90 дБ), то рассчет для него покажет необходимую электрическую мощность для 5 каналов в 25-30 Вт, а это уже вывезет любой усилитель.

Вот и получается у меня вывод, что для квартиры достаточно ЛЮБОГО ресивера/усилителя. Да и по качеству довольно трудно отличить один усилитель класса D от другого усилителя класса D (это ж почти «цифровое» усиление). Если мы хотим реального улучшения по качеству, то имеет смысл брать усилитель класса А, к примеру. Но КПД у него уже будет значительно ниже (процентов 10), и следовательно мощность тут гораздо более важна, но и соответственно цена вырастает настолько, что среднестатистический обыватель на такие усилители даже не посмотрит).

Где я ошибся в вычислениях? Что я упустил в расчетах требуемой мощности усилителя?

Базовые сведения об операционном усилителе ОУ

Фундаментально, операционный усилитель представляет собой преобразователь напряжения с высоким коэффициентом умножения, разработанный для применения в системах с обратной связью. Существует много различных архитектур, как построить усилитель на базе транзисторов, однако в большинстве случаев схемотехники рассматривают его как некий черный ящик или треугольник, в котором есть 3 основных вывода: Inp — неинвертирующий вход, Inn инвертирущий вход, Out- выход для полностью дифференциальных усилителей доступны два выхода: инвертирующий и неинвертирующий. Идеальный усилитель можно представить следующим образом:

Основные параметры ОУ:

1. Ku – коэффициент усиления.
2. Vos – напряжение смещения нуля.
3. Диапазон входных и выходных напряжений.
4. GBW – частота единичного усиления.
5. CMRR – коэффициент ослабления синфазного напряжения.
6. Noise – собственный уровень шума усилителя
7. Iin – входной ток.
8. +PSRR – устойчивость к помехе по питанию.
9. -PSRR – устойчивость к помехе по земле.
10. V-, V+ – напряжения земли и питания соответственно.
11. P – потребляемая мощность.

Итак, основные параметры усилителя описали, приступим к анализу схем для их измерения.

Частота единичного усиления f1/GBW

Рассмотрим схему измерения частоты единичного усиления:

Схема измерения частоты единичного усиления

Найдем формулу, которая будет определять частоту единичного усиления:

Вывод формулы

Запишем уравнения Кирхгофа:

Неизвестные: V3, V4, Vin, Ku. Решим систему и найдем чему равен Ku:

Переходя к амплитудам переменных сигналов с частотой f0, учитывая, что сигналы V2 и V1 сдвинуты на 180 градусов, а G3=const:

Если Ku имеет наклон 20db/dec вплоть до f1, тогда передаточную характеристику, можно представить в виде:

AЧХ данной характеристики можно представить как:

Если проводить измерения отступив от полочки, АЧХ можно записать в след виде:

Для частоты единичного усиления:

Проводим измерения для частоты

Подставляем уравнение 1, получаем финальное выражение для частоты единичного усиления:

Примечания к схеме моделирования

1. Для использования данной методики необходимо учитывать, что наклон АЧХ должен составлять 20дБ/дек вплоть до частоты единичного усиления.
2. Запишем уравнение для V4:

   Для того, чтобы система не выходила из режима, необходимо подбирать R2 >> R3. Также увеличение R2 приведет к увеличению V1, что повысит точность измерений.

3. При переходе от сигналов к амплитудам, необходимо помнить о предположении, что V2 и V1 отстают друг от друга на 180 градусов, поэтому при подборе цепи коррекции, необходимо убедиться в данном предположении.

Результаты моделирования
Приступим к моделированию. Собираем схему измерения с учетом цепи коррекции и однополярного питания исследуемого усилителя:

Схема измерения частоты единичного усиления, собранная в симуляторе

Проведем ac анализ для данной системы:

AC анализ на стабильность обратной связи

Из графика видно, что для стабильной работы нужно использовать частоту f0 в диапазоне от 1-20кГц.

По моделированию наклон АЧХ усилителя имеет 20дб/дек, поэтому метод справедлив. Итого для различных технологических корнеров, температур и питания получаем результаты:

Результаты моделирования для различных технологических корнеров Возможные трудности при измерениях

1. Необходимо использовать увеличивать резисторы R1, R2, R5 в моем случае R1=R5=10кОм,R2=50кОм, чтобы увеличить амплитуду сигнала v1 и vout, что повышает точность измерений.
2. Можно увеличить амплитуду входного сигнала для увеличения точности в моем случае до 500мВ.

При выполнении пунктов выше влияние шума становится минимальным.

Метод 2 для измерения f1

Существует более простой метод для измерения частоты единичного усиления:

Схема измерения частоты единичного усиления (метод 2)

Для измерения на вход емкости Cin подается синусоидальный сигнал. Частота сигнал изменяется, до поры, пока амплитуда входного сигнала не станет равной амплитуде выходного.

Резисторы Rout и Rin подбираются исходя из того, чтобы амплитуда на выходе Ux не превышала напряжение питания. Однако в единичном включении схему составлять нельзя. Из-за плавного спада амплитуды, что заведомо будет уменьшать частоту единичного усиления при измерениях:

АЧХ цепи: синим — собственная АЧХ усилителя, зеленым — АЧХ усилителя с обратной связью > 1, красным — АЧХ усилителя с единичной обратной связью

Поэтому при выборе резисторов необходимо добавлять коэффициент обратной связи обычно влияние спада становится слабым при усилении более 20дБ.

Минусы метода:

1. Большая часть усилителей не рассчитана на работу с сигналом большой амплитуды на высоких частотах нелинейности будут влиять на амплитуду – следовательно и на результат измерений. К примеру, для данного усилителя на 10МГц нужно подавать сигнал 10мВ для отсутствия искажений.
2. При использовании малых сигналов, шумы становятся по амплитуде сопоставимы с полезным сигналом.
3. Требуется высокочастотный генератор для усилителей с большой полосой.

Смещение нуля Vos

Рассмотрим схему для измерения смещения:

Схема измерения коэффициента усиления

Найдем формулу, которая будет определять напряжение смещения.

Вывод формулы

Составим систему уравнений:

Решая систему неизвестные V1 и Vos, получаем:

Итого:

Примечания к схеме моделирования

Выходное напряжение вспомогательного усилителя определяется формулой:

Для увеличения точности измерений необходимо увеличивать R5, однако смещение нуля может вывести из режима вспомогательный усилитель поэтому стоит выбирать усилитель с широким диапазоном биполярного питания.

Результаты моделирования

Приступим к моделированию. Собираем схему измерения с учетом цепи коррекции и однополярного питания исследуемого усилителя:

Схема измерения напряжения смещения, собранная в симуляторе

Схема измерения напряжения смещения, собранная в симуляторе

Проведем AC анализ с цепью коррекции:

AC анализ на стабильность обратной связи

AC анализ на стабильность обратной связи

Система работает стабильно, теперь проведем измерения для разных смещений нуля: Voff=-5m:2m:5m

Напряжения на выходе вспомогательного усилителя для различных значений смещения нуля и G3

Напряжения на выходе вспомогательного усилителя для различных значений смещения нуля и G3

При измерении смещения выход вспомогательного усилителя варьируется от -3.5В до 5.4В. Итого для Vos при Vcm=0.4, 1.5 получаем следующие значения по формулам:

Возможные трудности при измерениях

1) При смещении нуля исследуемого усилителя -5мВ, выход вспомогательного усилителя по DC становится -3. 5В. Для vos=5мВ – напряжение становится 5.4В проблема устраняется при использовании биполярного питания.

2) При добавлении шума, картина измерений не сильно ухудшается:

Выход вспомогательного усилителя с учетом шума исследуемого усилителя

Результаты для измерений с шумом используется усреднение:

Измерения параметров ОУ

При разработке микросхем, в симуляторе довольно легко проверить все параметры, которые вас интересуют. В современных САПР есть много различных типов анализа схем, которые позволяют сделать это быстро. При работе с реальной схемой сталкиваешься сразу же с кучей проблем. Последний год, работал над проектом – изолированный усилитель ошибки. Проект запущен в изготовление на фабрике, а пока необходимо разобраться – как же все это дело проверить в жизни. Для работы данной схемы в составе изолированного DC-DC преобразователя очень важны параметры входного ОУ:

Блок-схема изолированного усилителя

В РФ существует отдельный ГОСТ 23089, в котором описаны схемы измерений, но нигде не выведено как именно они работают и с какие проблемы могут встретиться в данном процессе. Рассмотрим подробно все схемы измерений, надеюсь кому-то это будет полезно при работе с аналоговым железом).

Коэффициент усиления Ku

Для измерения коэффициента усиления соберем схему, для работы которой необходимо применять вспомогательный усилитель.

Схема измерения коэффициента усиления

Для того, чтобы при измерении избавиться от напряжения Vos, необходимо производить измерения 2 раза, при разных G4. 1. G4=U1, тогда Uxi=Ux1. 2. G4=U2, тогда Uxi=Ux2.

Вывод формулы

Запишем уравнения Кирхгофа:

Составим уравнения для 2-х этапов измерения, проводя следующие замены переменных: 1. V1→V11, V3→V31, V4→V41, Uxi→Ux1, G4=U1. 2. V1→V12, V3→V32, V4→V42, Uxi→Ux2, G4=U2.

Получаем систему из 8-ми уравнений с 8-ю неизвестными: V11, V12, V31, V32, V41, V42, Ku, Vos. Решая уравнения, получаем:

Примечания к схеме моделирования

Измеряемое напряжение Uxi будет равно:

Для увеличения точности измерений необходимо увеличивать R3, однако смещение нуля может вывести из режима вспомогательный усилитель поэтому стоит выбирать усилитель с широким диапазоном биполярного питания.

Результаты моделирования

Переходим от теории к практике: подгружаем spice модель вспомогательного усилителя в симулятор и собираем схему измерения.

Схема измерения коэффициента усиления, собранная в симуляторе

Схема измерения коэффициента усиления, собранная в симуляторе

Для компенсации всей системы необходимо использовать RC цепь на неинвертирующем входе вспомогательного усилителя.

Для измерений источник vtest создает 2 уровня напряжений U2, U1, после чего замеряется напряжение на vin, и по формуле пересчитывается в коэффициент усиления:

Работа схемы в tran анализе, где vin — выход вспомогательного усилителя (для различных G3)

Работа схемы в tran анализе, где vin — выход вспомогательного усилителя для различных G3

Для исследуемого усилителя получается 105дБ.

Возможные трудности при измерениях

1) Влияние смещения нуля на рабочую точку вспомогательного усиления. При смещении нуля исследуемого усилителя 5мВ, выход вспомогательного усилителя по DC становится -4. 7В проблема устраняется при использовании биполярного питания.

2) При моделировании с включенными в симуляторе шумами транзисторов, их амплитуда оказывается сопоставимой с разницей напряжений, необходимых для вычислений Ku:

Выход вспомогательного усилителя с учетом шума исследуемого усилителя

Для улучшения точности измерений необходимо использовать усреднение, однако оно не помогает полностью избавиться от шума. Если коэффициент усиления не слишком высокий, шум не будет сильной помехой. У исследуемого усилителя минимальное значение Ku=66дБ:

Получается, чтобы отбраковать усилитель нужно задетектировать 0.4В, что с таким уровнем шума является легкой задачей.

3) Напряжение на выходе исследуемого усилителя будет равно V12+V12−Vtest. Для повышения точности необходимо задавать разницу между двумя vtest как можно больше, однако все это ограничивается допустимым выходным напряжением усилителя, это нужно также учитывать.

Введение в коэффициент усиления усилителя в дБ и расчет

Введение

В электрических цепях Коэффициент усиления обычно относится к степени увеличения тока, напряжения или мощности компонентов, цепей, оборудования или систем. И указывается в децибелах (дБ), то есть единицей усиления обычно является дБ , что является относительной величиной. Короче говоря, его общее значение — увеличение. В электронике это обычно отношение выходного сигнала к входному сигналу системы. Например, усиление антенны — это параметр, представляющий концентрацию излучения направленной антенны. Таким образом, что коэффициент усиления усилителя есть? Как его рассчитать? Просто прочитайте следующие заметки.

Каталог

ВВЕДЕНИЕ

ⅰ усиление усилителя. 2.3 Усиление трансимпеданса 2.4 Усиление взаимной проводимости

Ⅲ Fully Differential Amplifier Gain

Ⅳ Amplifier Gain Calculation

Ⅴ FAQ

Ⅰ Amplifier Gain Basic

1.1 Meaning

Amplifier gain is the logarithm of the отношение выходной мощности к входной мощности, которое используется для выражения степени усиления мощности. Это также относится к увеличению напряжения или тока. А децибел — это единица усиления усилителя. Общее увеличение электронной системы часто составляет несколько тысяч, десятков тысяч или даже сотен тысяч. Например, радио должно усилить примерно в 20 000 раз сигнал, полученный от антенны, до выхода динамика. В децибелах сначала возьмите логарифм, который намного меньше. Когда усилители соединены каскадом, общее усиление умножается на каскады. Но общее усиление суммируется в децибелах.

1.2 Усиление Представление в децибелах

Усиление по напряжению Av(dB)=20log(|Av|)
Значение усиления по напряжению в децибелах равно абсолютному значению 20-кратного логарифма по основанию 10.
Текущее усиление Ai(dB)=20log(|Ai|)
Текущее значение усиления в децибелах равно абсолютному значению 20-кратного логарифма кратного по основанию 10.
Коэффициент усиления по мощности Ap(dB)=10log(Ap) , здесь коэффициент усиления по мощности=выходная мощность/входная мощность=выходной ток*выходное напряжение/входное напряжение*входной ток.
Зачем использовать децибелы для выражения усиления? Потому что используйте интуитивное описание, сколько раз интуитивно понятно. Однако иногда значение усиления может быть очень большим, например, в 100 000 000 раз, что не способствует записи и общению. Логарифмируя по основанию 10, результат будет намного меньше. Этот принцип такой же, как почему мы иногда представляем числа в двоичном, а иногда в шестнадцатеричном виде. Кроме того, представление в децибелах и увеличение можно преобразовать в зависимости от того, что удобно использовать.

Ⅱ Типы коэффициента усиления

2.1 Коэффициент усиления по напряжению

Av=Vo/Vi означает, что коэффициент усиления по напряжению равен выходному напряжению усилителя/входному напряжению усилителя, и соответствующий усилитель называется напряжением усилитель мощности.
🔺Усиление по напряжению без обратной связи
При отсутствии отрицательной обратной связи коэффициент усиления операционного усилителя называется коэффициентом усиления без обратной связи, или сокращенно AVOL. Его идеальное значение бесконечно, как правило, между тысячами и десятками тысяч раз. Его представления включают дБ и В/мВ. Например, типичное значение AVOL для µA741C и LM318 составляет 200 В/мВ или 106 дБ. В операционном усилителе для упрощения расчета есть допущение о виртуальном заземлении, здесь предполагается, что чем больше должен быть AVOL, тем проще выполнить условие заземления.
Идеальный операционный усилитель:
1) Коэффициент усиления без обратной связи бесконечен.
2) Входное сопротивление бесконечно, а выходное сопротивление равно 0.
3) Полоса пропускания бесконечна.

Как рассчитать усиление по напряжению транзисторного усилителя

что является выражением способности усиления схемы усиления. То есть: коэффициент усиления по напряжению = 20lg (Uo/Ui).
🔺Усиление напряжения ПЧ
Усиление напряжения промежуточной частоты (ПЧ) (Avm) относится к максимальному усилению напряжения в полосе пропускания, которое является значением диапазона частот, где амплитуда напряжения превышает 0,707Avm, а усиление напряжения ПЧ равно максимальный выигрыш.

2.2 Коэффициент усиления по току

Ai=Io/Ii означает, что коэффициент усиления по току равен выходному току усилителя/входному току усилителя, и соответствующий усилитель называется усилителем тока.

2.3 Трансимпедансное усиление

Ar=Vo/Ii означает, что трансимпедансное усиление равно выходному напряжению усилителя/входному току усилителя, и соответствующий усилитель называется трансимпедансным усилителем.

2.4 Коэффициент взаимной проводимости

A=Io/Vi означает, что коэффициент усиления крутизны равен выходному току усилителя/напряжению на входе усилителя, и соответствующий усилитель называется усилителем крутизны.

 

Ⅲ Коэффициент усиления полностью дифференциального усилителя

Полностью дифференциальный усилитель имеет четыре типа усиления в зависимости от того, являются ли вход и выход синфазным или дифференциальным режимом.
Adm относится к коэффициенту усиления от дифференциального входа к дифференциальному выходу.
Acm относится к усилению от входа синфазного сигнала к выходу синфазного сигнала.
Adcm относится к усилению от дифференциального входа до синфазного выхода.
Acdm относится к усилению от синфазного входа до дифференциального выхода.
Во-первых, следует надеяться, что коэффициент усиления дифференциального усилителя максимально велик, и чем больше усилитель, тем лучше его характеристики. С одной стороны, чем больше Adm, тем лучше; с другой стороны, Acm как можно меньше, предпочтительно равно 0. Когда многокаскадные дифференциальные усилители соединены каскадом, если общий режим входного вывода первого каскада имеет определенный джиттер, а Acm не равен 0, через усиление многоступенчатого усилителя, общий режим конечного этапа может сильно измениться.
Adcm тоже надеется, что чем меньше, тем лучше, желательно равным 0. Если Adcm не равен 0, дифференциальный вход усилителя первого каскада будет преобразован в синфазный вход второго каскада, а затем общий Режим входа второго каскада будет влиять на дифференциальный вход третьего каскада, образуя очень плохую обратную связь, аналогичную положительной.
Acdm также надеется, что чем меньше Acdm, тем лучше, предпочтительно равным 0. Поскольку дифференциальная схема предназначена для уменьшения влияния синфазного изменения на выход, естественно надеяться, что чем меньше Acdm, тем лучше. Поэтому при проектировании полностью дифференциального усилителя сначала нужно сделать Adm как можно большим, затем добиться как можно меньшего значения Acdm и, наконец, сделать как можно меньшими Adcm и Acm.

 

Ⅳ Расчет коэффициента усиления усилителя

Как правило, каждый конденсатор в цепи усилителя оказывает большое влияние только на один конец его частотной характеристики. Следовательно, соответствующие эквивалентные схемы можно использовать для анализа низких, средних и высоких частот соответственно.

Связь между коэффициентом усиления и частотой

Описание схемы усилителя
1) Промежуточная частота (ПЧ)
Цепь связи и обходной конденсатор — короткое замыкание
Емкость транзистора — разомкнутая цепь
В эквивалентной схеме нет конденсатора
Выражение усиления не зависит от частоты, т. е. не зависит от частоты и емкости.
2) Низкочастотный
Эквивалентная схема: включены цепь связи и шунтирующий конденсатор, а паразитная емкость, емкость нагрузки и внутренняя емкость транзистора проверяются как разомкнутые цепи.
Gain Expression: Содержит схему связи и обходные конденсаторы, а также частотные переменные. Это также выражение области IF (промежуточная частота) по мере увеличения частоты. Это связано с тем, что когда частота приближается к промежуточной частоте, цепь связи и шунтирующий конденсатор имеют тенденцию к короткому замыканию.
3) Высокочастотный
Эквивалентная цепь: Рассматривается как короткое замыкание (диапазон низких частот). Эквивалентная схема включает внутреннюю емкость транзистора, паразитную емкость и емкость нагрузки.
Выражение усиления: Содержит внутреннюю емкость транзистора, паразитную емкость и емкость нагрузки, а также изменение частоты. Когда частота приближается к ПЧ, это будет выражение усиления ПЧ. Это связано с тем, что в это время паразитные емкости и транзисторы имеют тенденцию быть открытыми.

Функция усиления и угловая частота
Низкочастотная или высокочастотная эквивалентная схема
Емкость: 1/с
Индуктивность: sL
Коэффициент усиления является функцией комплексной частоты s.
Поскольку линейность схемы замещения слабого сигнала переменного тока усилителя неизменна, системная функция (отношение выходного сигнала к входному сигналу) представляет собой отношение двух полиномов

Числитель и знаменатель соответственно разложены и записывается как:

A(s) имеет следующие характеристики:
1) Для физически реализуемой схемы линейного стационарного усилителя, где m≤n . То есть количество нулей ( m ) функции усиления A(s) должно быть меньше или равно количеству полюсов ( n ).
2) Поскольку реактивные элементы в усилителе низкой частоты имеют только конденсаторы, все нули и полюса в функции усиления усилителя являются действительными числами (за исключением сопряженных комплексных пар), а количество полюсов совпадает с числом независимых конденсаторов.
Функцию усиления усилителя можно разделить на три различные полосы частот для представления, а именно:

В среднем диапазоне f _L H ​​ , усиление A(s)=A _M
На низкой частоте, f L , усиление A(s)=A _M F _L (s)
На высокой частоте, f>f _{усиление Ач(с)=A M F H ​​ (с)
1) Промежуточная частота ( IF ) Коэффициент усиления
В эквивалентной схеме нет конденсаторов, поэтому коэффициент усиления IF является постоянным.
2) Низкочастотное усиление
Эквивалентная схема содержит только разделительные конденсаторы и обходные конденсаторы, но не содержит внутренних конденсаторов транзисторов и паразитных конденсаторов. Когда частота приближается к бесконечности, то есть когда с → ∞ , конденсатор связи и байпасный конденсатор эквивалентны короткому замыканию, а их эквивалентная схема такая же, как эквивалентная схема промежуточной частоты, поэтому значение низкого выражение коэффициента усиления частоты должно быть близко к коэффициенту усиления промежуточной частоты A M , то есть , .
Приведенная выше формула показывает, что количество полюсов в функции усиления низких частот A L (s) должно быть равно количеству нулей. Таким образом, F L (s) можно записать как:}

Вообще говоря, нулевая точка намного меньше, чем абсолютное значение полюса, и для большинства усилительных эквивалентных схем абсолютное значение одного полюса равно часто намного больше, чем другие полюса. В это время  выражается как нижняя угловая частота ω _L , что приблизительно равно p1 . F _L (s) становится системной функцией сетки верхних частот первого порядка, и этот полюс -p1 называется доминирующим полюсом.
Если нет доминирующего полюса, определение нижней угловой частоты ω _L затруднено. Определенная формула f _L получена ниже через F _L (s) с двумя полюсами и двумя нулями.

Заменитель S = Jω в вышеуказанную формулу, затем

Take, затем частота нижнего углу ωl удовлетворяет следующей формуле:

с ω _L нулей, если пренебречь  в приведенном выше уравнении, решение будет

……(a)

Это соотношение может быть расширено до любого количества нулей и полюсов. Поскольку нули намного меньше полюсов, приведенное выше уравнение можно дополнительно аппроксимировать как ……(b)
Если -p1 является доминирующим полюсом, то ω _L =p1 , что согласуется с предыдущим анализом. Для случая n полюсов имеем

……(c)

усилитель.

Зная , вычислить ω _L:

Из формулы (a) , получить
Из формулы (b) , получите
Из понятия доминирующего полюса, мы можем получить
Результат точного вычисления (в соответствии с процессом вывода ω _L выше).
Как правило, расчетная нижняя угловая частота ω _L больше, чем точный результат расчета.
3) Высокочастотное усиление
Эквивалентная схема слабосигнального усилителя содержит внутреннюю емкость и паразитную емкость транзистора, но не содержит конденсатор связи и шунтирующий конденсатор. Когда частота близка к бесконечности, внутренняя емкость и паразитная емкость транзистора близки к короткому замыканию, а коэффициент усиления по высокой частоте близок к нулю, т.е.
Приведенная выше формула показывает, что функция усиления высоких частот A _{H ​​} (s) усилителя должна иметь больше полюсов, чем нулей. Между тем, когда с → 0 ,
Внутренняя емкость и паразитная емкость транзистора близки к разомкнутой цепи, поэтому A _{H ​​} (s) должно быть близко к усилению промежуточной частоты A _M , то есть все можно записать как . …..(d)
Вообще говоря, нулевая частота находится на бесконечности или намного выше, чем частота верхнего угла ω _{H ​​} , причем часто встречается полюс, абсолютное значение которого намного меньше других полюсов, и этот полюс -p1 называется главным полюсом. В настоящее время F _{H ​​} (s) можно приблизительно представить как .
Верхняя угловая частота ω _{H ​​} приблизительно равна p1 . F _{H ​​} (s) становится системной функцией сетки нижних частот первого порядка. Если нет доминирующего полюса, можно следовать процессу вывода, чтобы определить ω _{H ​​} , то есть  ……(e)
Поскольку нули больше, чем полюса, это уравнение может быть дополнительно аппроксимировано как  ……(f)
Если p1 является доминирующим полюсом, тогда ω _{H ​​} =p1 .
🔺Назначение : Определить верхнюю угловую частоту высокочастотного усиления усилителя.
Зная , рассчитайте ω _{H ​​} .
Из формулы (д) получить

Из формулы (f) , получить
Из концепции доминантного полюса мы можем получить .
Как правило, предполагаемая частота верхнего угла ω _{H ​​} больше точно рассчитанного результата.
🔺Цель : Рассчитать верхнюю и нижнюю угловые частоты по формуле полного усиления.
Функция усиления напряжения усилителя известна как .
Для расчета:
1) A _M , F _L (s) , F _{H ​​} (s)
2) Нижняя угловая частота f _L , верхняя угловая частота и полоса пропускания f _BW
Решение: A(s) имеет два нуля, оба при s=0 два нуля должны принадлежать F _L (s) . А поскольку количество нулей и полюсов равно, F _L (s) также должно содержать два наименьших полюса, так что это . Остальные полюса должны принадлежать F _{H ​​}(s) , по формуле (d)
Таким образом, A(s) можно выразить как 
Сравнивая с , можно увидеть, что
Из , можно узнать, что ноль намного меньше, чем абсолютное значение полюса, и там является доминирующим полюсом -10 ² . Таким образом, понятие доминирующего полюса можно использовать для нахождения ω _L

Из видно, что существует доминирующий полюс -10 ⁵ . Таким образом, понятие доминирующего полюса можно использовать для нахождения ω _H；

Полоса пропускания.

 

Ⅴ Часто задаваемые вопросы

1. Как рассчитать усиление в электронике?
Усиление усилителя равно отношению выходного сигнала к входному . Коэффициент усиления не имеет единиц измерения, но в электронике ему обычно присваивается символ «А» для усиления. Затем коэффициент усиления усилителя просто рассчитывается как «выходной сигнал, деленный на входной сигнал».

2. Каков коэффициент усиления усилителя?
Коэффициент усиления — это отношение выходного напряжения к входному напряжению усилителя , где VIN1 и VIN2 — два вычитаемых входа. В реальной схеме усиление будет зависеть от частоты, но начнем с рассмотрения усиления идеального усилителя.

3. Что такое коэффициент усиления по напряжению усилителя?
Усиление определяется как мера того, насколько данный усилитель может усиливать входной сигнал, или коэффициент, с которым генерируется увеличенный выходной сигнал. Здесь коэффициент усиления по напряжению представляет собой отношение между выходным напряжением и входным напряжением .

4. Что такое формула коэффициента усиления по напряжению?
Когда входное и выходное сопротивления равны, мы можем выразить коэффициент усиления через напряжение как. G [дБ]=20log10(V1V2) Я бы не назвал это «приростом напряжения в децибелах». Я бы скорее сказал, что это коэффициент усиления в децибелах, рассчитанный по коэффициенту усиления по напряжению.

5. Что такое формула усиления тока?
Коэффициент усиления по току представляет собой отношение изменения тока коллектора к изменению тока эмиттера в транзисторе. … Теперь подставим значение изменения тока эмиттера как 5 мА и 0,99 как коэффициент усиления по току в формуле α=△Ic△Ie для определения изменения коллекторного тока в транзисторе.

6. Каково значение коэффициента усиления по току в усилителе мощности?
Коэффициент усиления по току для конфигурации CB называется Alpha, ( α ) . В усилителе BJT ток эмиттера всегда больше тока коллектора, поскольку IE = IB + IC, следовательно, коэффициент усиления по току (α) усилителя должен быть меньше единицы (единицы), поскольку IC всегда меньше IE на величину ИБ.

7. Каков максимальный коэффициент усиления по току в усилителе с общей базой?
Транзисторные усилители с общей базой называются так потому, что точки входного и выходного напряжения имеют общие выводы базы транзистора друг с другом, без учета источников питания. Коэффициент усиления по току усилителя с общей базой всегда меньше 1 .

8. Как рассчитать усиление усилителя?
Усиление усилителя просто отношение выходного сигнала к входному . Коэффициент усиления не имеет единиц измерения, но в электронике ему обычно присваивается символ «А» для усиления. Затем коэффициент усиления усилителя просто рассчитывается как «выходной сигнал, деленный на входной сигнал».

9. Как рассчитать усиление дифференциального усилителя?
Уравнение дифференциального усилителя
Если все резисторы имеют одинаковое омическое сопротивление, то есть: R1 = R2 = R3 = R4 , тогда схема станет дифференциальным усилителем с единичным коэффициентом усиления, а коэффициент усиления по напряжению усилителя будет быть ровно единицей или единицей. Тогда выходное выражение будет просто Vвых = V2 – V1 .

10. Каков коэффициент усиления дифференциального усилителя?
Коэффициент усиления дифференциального усилителя
Коэффициент усиления дифференциального усилителя представляет собой отношение выходного сигнала к разнице применяемых входных сигналов.

11. Как найти коэффициент усиления операционного усилителя?
Этот калькулятор вычисляет коэффициент усиления инвертирующего операционного усилителя на основе значения входного резистора, RIN, и значения выходного резистора, RF, по формуле , Усиление = RF/RIN .

12. Что такое идеальный дифференциальный усилитель?
Итак, идеальный операционный усилитель определяется как дифференциальный усилитель с бесконечным коэффициентом усиления без обратной связи, бесконечным входным сопротивлением и нулевым выходным сопротивлением. Идеальный операционный усилитель имеет нулевой входной ток. … Поскольку входное сопротивление идеального операционного усилителя бесконечно, на входе существует разомкнутая цепь, следовательно, ток на обоих входных клеммах равен нулю.

13. Как увеличить дифференциальный коэффициент усиления дифференциального усилителя?
Для увеличения усиления необходимо уменьшить β. Это можно сделать, увеличив соотношение R2/R1. Однако нет способа уменьшить обратную связь на инвертирующий вход дифференциального усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, поскольку для этого потребуется либо больший резистор обратной связи, либо меньший входной резистор.

14. Почему коэффициент усиления ОУ высокий?
Операционный усилитель по своей природе имеет невероятно, невероятно высокий коэффициент усиления по напряжению , потому что это многокаскадный дифференциальный усилитель, предназначенный для получения такого высокого напряжения. Первые два каскада вносят свой вклад в это усиление за счет использования источников тока и активных нагрузок.

15. Как найти коэффициент усиления усилителя по напряжению?
Заземленные части учитывать при расчете . Используемые формулы: Коэффициент усиления по напряжению усилителя AV=V0Vi , или это можно интерпретировать как отношение между входным напряжением и выходным напряжением схемы.

Калькулятор шума операционных усилителей

Калькулятор шума операционных усилителей

Вернуться к оглавлению.

Калькулятор шума ОУ.

С помощью этого калькулятора шума операционного усилителя вы можете рассчитать шум, создаваемый конструкция операционного усилителя.
Вы можете ввести параметры усилителя в поля желтого цвета и затем нажмите кнопку расчета.
Успехов вам в работе с калькулятором шума операционных усилителей, надеюсь, он вам пригодится!

Ниже калькулятора вы найдете дополнительные пояснения к расчетам.

Шаг 1: введите характеристики источника сигнала: Сначала нам нужен источник сигнала, который подает сигнал, который мы хочу усилить. Источником сигнала может быть источник напряжения (Vs) с источником резистор Rs последовательно (рис. 1), или источник тока (Is) с истоковым резистором Rs параллельно (фигура 2). Рис. 1. Рис. 2. Значение резистора источника: Rs =  Омкило-ОмМега-Ом Температура резистора источника: Ts = Кельвин Градусы Цельсия Амплитуда сигнала (среднеквадратичное значение): Vs или Is =  микровольт (значение Vs, см. рис. 1) милливольт (значение Vs, см. рис. 1) Вольт (значение Vs, см. рис. 1) пикоампер (значение Is, см. рис. 2) наноампер (значение Is, см. рис. 2) см. рис. 2) микроампер (значение Is, см. рис. 2) миллиампер (значение Is, см. рис. 2) Полоса пропускания, в которой вы измеряете: BW =  Герцкило-ГерцМега-Герц Температура источника: Кельвин. Уровень сигнала источника: мкВ среднеквадратичное значение = дБВ = дБн Уровень теплового шума источника: мкВ СКЗ = дБВ = дБн Отношение сигнал/шум источника: дБ

Шаг 2: введите характеристики используемого операционного усилителя: Здесь вы можете выбрать тип операционного усилителя из списка, или введите параметры шума вручную для других типов, которых нет в списке. Тип операционного усилителя: Введите параметры самостоятельно AD549J —— 35 нВ/√Гц —— 0,00022 пА/√Гц при 1 кГцAD549L —— 35 нВ/√Гц —— 0,00011 пА/√ Гц при 1 кГцAD745J —— 3,2 нВ/√Гц —— 0,0069 пА/√Гц при 1 кГцAD797A —— 0,9 нВ/√Гц —— 2 пА/√ Гц при 1 кГц LM833 —— 4,5 нВ/√Гц —— 0,5 пА/√Гц при 1 кГцLT1115 —— 0,9 нВ/√Гц —— 1,2 пА/√ Гц при 1 кГцMC33078 —— 4,5 нВ/√Гц —— 0,5 пА/√Гц при 1 кГцNE5532 —— 5 нВ/√Гц —— 0,7 пА/√ Гц @ 1 кГцOPA111AM —— 8 нВ/√Гц —— 0,0005 пА/√Гц @ 1 кГцOPA2244 —— 22 нВ/√Гц —— 0,04 пА/√ Гц при 1 кГцOPA2604 —— 11 нВ/√Гц —— 0,006 пА/√Гц при 1 кГцOPA27 —— 3,2 нВ/√Гц —— 0,4 пА/√ Гц при 1 кГцTL072 —— 18 нВ/√Гц —— 0,01 пА/√Гц при 1 кГцTLC2201 —— 8 нВ/√Гц —— 0,0006 пА/√ Гц при 1 кГцTLC2262 —— 12 нВ/√Гц —— 0,0006 пА/√Гц при 1 кГцTLC2272 —— 9нВ/√Гц —— 0,0006 пА/√Гц при 1 кГцTLE2072 —— 12 нВ/√Гц —— 0,0028 пА/√Гц при 10 кГц   Шум входного напряжения: нВ /√Гц Шум входного тока на + входе: пА /√Гц Шум входного тока на входе: пА /√Гц

Шаг 3: введите температуру усилителя:   Температура усилителя: Ta = Кельвин Градусы Цельсия

Шаг 4: введите значения резисторов для неинвертирующего усилителя (для инвертирующего усилителя перейдите к шагу 5) Рис. 3.   R1 =  Омкило-ОмМегаОм Введите 0 Ом, если R1 отсутствует в цепи R2 =  Омкило-ОмМегаОм 0 Ом не допускается. R2 присутствует в цепи? да нет Р3 =  Омкило-ОмМегаОм 0 Ом не допускается. R3 присутствует в цепи? да нет среднеквадратичных значений Источник шума Коэффициент усиления шума Шум на выходе усилителя Рс шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ R1 шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ R2 шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ R3 шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ Шум входного напряжения операционного усилителя мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ + шум входного тока пА среднеквадратичное значение Вольт/Ампер мкВ СКЗ — шум входного тока пА среднеквадратичное значение Вольт/Ампер мкВ СКЗ Суммарный шум на выходе усилителя: мкВ СКЗ = дБВ = дБн Уровень сигнала на выходе усилителя: мкВ СКЗ = дБВ = дБн Отношение сигнал/шум (SNR дБ ) на выходе усилителя: дБ Коэффициент шума (NF) усилителя: дБ

Шаг 5: введите значения резисторов для инвертирующего усилителя Рис. 4.   R1 =  Омкило-ОмМега-Ом 0 Ом не допускается Р2 =  Омкило-ОмМега-Ом Введите 0 Ом, если R2 отсутствует в цепи R3 =  Омкило-ОмМегаОм 0 Ом не допускается. R3 присутствует в цепи? да нет Р4 =  Омкило-ОмМега-Ом  Введите 0 Ом, если R4 отсутствует в цепи среднеквадратичных значений Источник шума Коэффициент усиления шума Шум на выходе усилителя Рс шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ R1 шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ R2 шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ R3 шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ R4 шум: мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ Шум входного напряжения операционного усилителя мкВ СКЗ Вольт / Вольт мкВ СКЗ + шум входного тока пА СКЗ Вольт/Ампер мкВ СКЗ — шум входного тока пА среднеквадратичное значение Вольт/Ампер мкВ СКЗ Суммарный шум на выходе усилителя: мкВ СКЗ = дБВ = дБн Уровень сигнала на выходе усилителя: мкВ СКЗ = дБВ = дБн Отношение сигнал/шум (SNR дБ ) на выходе усилителя: дБ Коэффициент шума (NF) усилителя: дБ

Об этом калькуляторе

Этот калькулятор шума операционного усилителя рассчитает для вас выходной шум операционного усилителя. конструкция усилителя.
Расчеты основаны на шумовых параметрах операционного усилителя, а тепловой шум, создаваемый резисторами в цепи.
Это основные источники шума в большинстве конструкций усилителей.
Однако существуют и другие типы шумы в электронных схемах, которые здесь не обсуждаются.
Подробнее обо всех типах шума в электронных схемы, можно найти в этой статье Техаса Инструменты.

Об усилителях можно многое посчитать, относительно: полосы пропускания, размаха выходного напряжения, скорости нарастания, напряжения смещения, и так далее.
Тем не менее, предмет этого калькулятора ограничен: шум.
Например, в зависимости от введенных данных вы можете получить очень высокие выходной шум или выходной сигнал, которые на практике никогда не могут быть достигнуты, потому что они превышают напряжение питания ОУ.
Итак, рассчитывается только шум, а за остальным надо следить сам.

Приведенные ниже пояснения касаются только тем которые необходимы для выполнения расчетов.
О шуме можно еще много писать, но это опускаю, потому что не хочу чтобы сделать эту статью более сложной, чем она уже есть.
 

Тепловой шум в резисторах

Каждый резистор будет генерировать определенное шумовое напряжение, это вызвано тепловое возбуждение электронов внутри резистора.
Резистор не обязательно должен быть в цепи или подключен к источнику питания, шумовое напряжение просто всегда есть.
Шумовое напряжение (Vn) в резисторе можно рассчитать по формуле:

Vn = √ (4.k.T.B.R)

Где:
Vn = Шумовое напряжение в вольтах RMS.
k = постоянная Больцмана = 1,38 . 10 ^-23 Дж/К
T = температура резистора в градусах Кельвина (K)
B = ширина полосы измерения в герцах (Гц)
R = номинал резистора в Омах

Эта формула действительна для частот шума до до 100 МГц.

Рис. 5.
Шумовое напряжение (Vn) можно рассматривать как источник напряжения, включенный последовательно с резистор (R).

Вы можете измерить шумовое напряжение на двух выводах резистора, но обычно амплитуда шумового напряжения находится в диапазоне микровольт, поэтому очень низкий.
Амплитуда теплового шума зависит от температуры, если охлаждать резистор до минимально возможной температуры 0 K (= -273,15 C), электроны покоятся, и теплового шума больше не будет.
 

Полоса пропускания

Тепловой шум, генерируемый резистором, имеет все частоты, начиная с 0 Герц (Гц) до очень, очень высоких частот.
До 100 МГц каждый герц полосы пропускания содержит равную мощность шума, другими словами это «Белый шум».
Однако схема, в которой используется резистор, может ограничивать полосу пропускания шумовой сигнал.
Например, аудиоусилитель имеет частотную характеристику -3 дБ от 20 до 20000 Гц.
Тогда его полоса пропускания равна (20000 — 20 =) 19980 Гц.
Если мы рассчитаем выходной шум этого усилителя, мы можем рассмотреть ширина полосы шума, чтобы иметь ту же ширину полосы.

Теперь мы хотим измерить выходной шум усилителя с помощью звукового спектра. анализатор, который подключаем к выходу усилителя.
И, к нашему удивлению, уровень шума оказался ниже расчетного.
Это вызвано пропускной способностью анализатора спектра звука.
Однако он измеряет от 0 до 20000 Гц (или более), он измеряет только небольшую часть спектра (скажем, шириной 10 Гц) за один раз, а затем сканировать в течение некоторого время весь спектр.
Итак, анализатор спектра уменьшает полосу пропускания до (в данном случае) 10 Гц, что снизит измеряемый уровень шума.

Если мы измеряем уровень шума электронной схемы, обе схемы а измерительный прибор может ограничивать полосу пропускания и тем самым амплитуду шум мы измеряем.
 

Шум в источниках сигналов

Источник сигнала может состоять из источника напряжения (Vs) с последовательным резистором (Rs), см. рис. 6.
Резистор Rs будет генерировать напряжение теплового шума (Vn), которое, по-видимому, находится в серия с сигналом Vs

Рисунок 6.

На выходе источника сигнала мы можем измерить шум Rs, добавленный к напряжение сигнала.
Теперь мы можем рассчитать отношение сигнал/шум источника сигнала, по следующей формуле:

SNR _дБ (источник) = 20 log ₁₀ (сигнал A / А _шум ).

Где:
SNR _дБ (источник) = Отношение сигнал/шум источника, выраженное в дБ.
A _сигнал = Амплитуда сигнала Vs
A _шум = Амплитуда шума Vn

Источник сигнала также может состоять из источника тока (Is) с параллельным резистор, см. рис. 7.

Рис. 7.

Источник тока (Is) с параллельным резистором можно преобразовать в источник напряжения (Vs) с последовательным резистором по формуле:
Vs =  Is.Rs
Значение резистора Rs остается прежним.
Следующим шагом является добавление напряжения теплового шума (Vn) Rs, и мы получаем та же схема, что и на рис. 6.
Мы также можем рассчитать здесь отношение сигнал/шум, как описано.

На самом деле мы не можем видеть или измерять на выходе источника сигнала, если внутри находится источник напряжения (рис. 6) или источник тока (рис. 7).
В обоих случаях поведение источника сигнала одинаково.
Преобразование источника тока в источник напряжения просто для того, чтобы расчеты проще.

Шум ОУ

На этой веб-странице я обсуждаю шум, создаваемый усилителями, в которых используется операционный усилитель. (операционный усилитель).
Все резисторы в цепи усилителя будут генерировать шум, который появляются на выходе усилителя.
Также сам операционный усилитель будет генерировать шум

Рисунок 8

С точки зрения шума, мы можем думать об операционном усилителе как имеющем четыре компонента: а именно:
— бесшумный операционный усилитель.
— источник помех по напряжению последовательно с входом +.
— источник тока от земли к входу +
— источник шума от земли к входу -.

На рисунке 8 мы видим эти четыре компонента, изображенные внутри пунктирного треугольника. который представляет собой фактический операционный усилитель.
 

Шум входного напряжения операционного усилителя.

Шум входного напряжения указан в даташитах на блок нВ/√Гц.
Это означает, что это напряжение при измерении в полосе пропускания 1 Гц.
В большинстве приложений мы используем полосу пропускания более 1 Гц, и мы должны умножить на квадратный корень из полосы пропускания, чтобы получить фактический шум входного напряжения.

Пример: в описании операционного усилителя указан шум входного напряжения: 5 нВ/√Гц.
Используем данный ОУ в усилителе звука с диапазоном частот 20 — 20000 Гц, поэтому полоса пропускания составляет 19980 Гц.
Квадратный корень из ширины полосы: √19980 Гц = 141,35 √Гц.
Теперь шум входного напряжения для этого операционного усилителя будет: 5 нВ/√Гц . 141,35 √Гц. = 706,75 нВ.
Мы видим, что в ответе исчез термин √Hz.
Полученное напряжение является эффективным напряжением или среднеквадратичным значением.

Операционный усилитель с низким уровнем шума входного напряжения. особенно предпочтительно, если сопротивление источника сигнала невелико, вплоть до некоторого килоом.
Если сопротивление источника сигнала намного выше, лучше использовать операционный усилитель с низким шумом входного тока.
 

Шум входного тока операционного усилителя.

Два источника шума входного тока операционного усилителя указаны в спецификациях, указанных в пА/√Гц, а иногда и очень малошумящие устройства в фА/√Гц
1 фА (фемтоампер) = 0,001 пА (пикоампер).
Для операционных усилителей с обратной связью по напряжению (обсуждаемых на этой странице) шум входного тока для входов + и — обычно имеют одно и то же значение, а в в техпаспорте указано только одно значение, которое допустимо как для +, так и для — ввода.
Однако амплитуда двух токовых шумов одинакова, они не связаны друг другу.
И мы не можем убрать шум вычитанием двух токов, как это возможно при постоянном входном токе смещения.

Также с шумом входного тока мы должны умножьте на квадратный корень полосы пропускания, чтобы получить фактическое текущее значение.
То же самое, что мы сделали с шумом входного напряжения.

Не всегда шум входного тока ОУ дается в техпаспорте.
Однако мы можем рассчитать минимальное значение шума входного тока из значение входного тока смещения по формуле:

In (вход) = √(2.Ib.q).
 

Где:
In = шум входного тока в А/√Гц.
Ib = входной ток смещения операционного усилителя в амперах.
q = заряд одного электрона, который равен 1,6 . 10 ^-19 Кулон

Следующий калькулятор сделает за вас этот расчет:

Расчетное значение шума входного тока является минимально возможным значение и действителен только в том случае, если вход операционного усилителя внутренне подключен только к одна база транзистора, затвор полевого транзистора.
Если вход операционного усилителя подключен к большему количеству транзисторов или полевых транзисторов или имеет какая-либо схема защиты от электростатического разряда, подключенная к нему, шум входного тока будет (намного) выше расчетного.

Коэффициенты усиления шума

Каждый резистор в схеме усилителя создает свой собственный шум, каждый из эти шумы появятся на выходе усилителя с некоторым коэффициентом усиления фактор.
Шумы входного напряжения и входного тока операционного усилителя также достигают выход усилителя с определенным коэффициентом усиления.
Чтобы найти коэффициенты усиления шума, возьмите один источник шума за раз и представьте себе все остальные источники шума равны нулю.
Тогда попытайтесь выяснить, как этот единичный шумовой сигнал усиливается перед достигает выхода усилителя.

Ну, я уже сделал это для вас, и вот история:

Коэффициенты усиления шума для неинвертирующего усилителя:

Рис. 9.

Сначала найдем коэффициент усиления шума для шума резистора R1:
Напряжение на входе + ОУ равно нулю, т.к. мы представляем, что Rs и R3 не равны генерирующий шум в данный момент, также сигнал Vs равен нулю.
Операционный усилитель всегда будет пытаться поддерживать одинаковое напряжение на входах + и -, поэтому на входе — тоже нулевое напряжение, и на резисторе R2 нет напряжения.
Шумовое напряжение последовательно с R1 теперь будет достигать выхода усилителя с усиление равно 1, поэтому:
Коэффициент шумового усиления для резистора R1: 1.

А теперь для резистора R2:
Вход + операционного усилителя по-прежнему находится под нулевым напряжением, так же как и вход минус.
Шумовое напряжение (Vn) последовательно с R2 вызовет ток через R2 из Vn/R2, и это ток должен тогда течь через R1, потому что вход операционного усилителя не занимает этот ток.
Тогда напряжение на резисторе R1 будет: Vn. Р1/Р2.
А поскольку одна сторона R1 находится под нулевым напряжением, другая сторона, выход усилителя покажет шум R2 с коэффициентом усиления R1/R2.
Коэффициент усиления шума для R2: R1/R2.

Шумовое напряжение, генерируемое резистором R3, сначала проходит через делитель напряжения и деленное на коэффициент Rs/(Rs+R3), прежде чем оно достигнет входа операционного усилителя +.
Затем операционный усилитель усилит его с коэффициентом 1+R1/R2.
Коэффициент усиления шума для R3: (1+R1/R2).Rs/(Rs+R3).

Шумовое усиление для Rs очень похоже на усиление для R3, только делитель напряжения теперь делится на R3/(Rs+R3).
Коэффициент усиления шума для Rs: (1+R1/R2).R3/(Rs+R3).

Шум входного напряжения операционного усилителя можно рассматривать как (внутренне операционного усилителя) последовательно с + входом операционного усилителя.
Поскольку вход + операционного усилителя находится под нулевым напряжением, шум входного напряжения будет появляются на — входе ОУ.
Здесь он вызывает ток через R2, который будет течь через R1.
Коэффициент усиления шума для шума входного напряжения операционного усилителя: 1+R1/R2.
До сих пор формула коэффициента усиления была без единиц измерения, это просто число на что мы умножаем напряжение, чтобы получить другое напряжение.

Шум входного тока на входе + операционного усилителя вытекает из + вход и проходит через параллельную цепь Rs и R3.
Rs и R3 параллельно имеют сопротивление: Rs.R3/(Rs+R3).
Это вызывает определенное шумовое напряжение на + входе ОУ.
И операционный усилитель усиливает это с коэффициентом 1+R1/R2 на своем выходе.
Коэффициент усиления шума для операционного усилителя + шум входного тока: (1+R1/R2).Rs.R3/(Rs+R3) .
Обратите внимание, что единицей этой формулы коэффициента усиления является: Ом (или Вольт на Ампер), что необходимо, потому что мы конвертируем Ампер в Вольт, поэтому нам нужно умножить на Ом.

Теперь посмотрите на шум входного тока, выходящий из — входа операционного усилителя.
: На входе + нулевое напряжение, то же самое и на входе -.
Это означает, что весь шумовой ток, выходящий из входа -, будет проходить через R1, и вызывает напряжение на R1.
Коэффициент усиления шума для операционного усилителя — шум входного тока: R1.
Также здесь единицей измерения является Ом, необходимый для преобразования Ампер в Вольт.

Теперь мы обсудили все коэффициенты усиления шума для неинвертирующего усилитель мощности.
 

Коэффициент усиления сигнала для неинвертирующего усилителя:

Для неинвертирующего усилителя усиление сигнала от Vs до выхода усилителя составляет: (1+R1/R2).R3/(Rs+R3).
Это та же формула, что и коэффициент усиления шума для Rs, что логично, поскольку напряжение сигнала (Vs) и шум Rs соединены последовательно, поэтому появляются с тем же коэффициентом усиления на выходе усилителя.

Обратите внимание, что это не коэффициент усиления от входа усилителя к выходу усилителя.
Но от ненагруженного источника сигнала (что равно Vs внутри источника сигнала) к выходу усилителя.

Коэффициент усиления шума для инвертирующего усилителя:

Рисунок 10.

Для инвертирующего усилителя коэффициенты усиления шума в ряде случаев больше сложный, я не даю здесь объяснения, а только формулы.

Коэффициент усиления шума для R1: 1.

Коэффициент усиления шума для R2: R1/(R2+(Rs. R3/Rs+R3)).

Коэффициент усиления шума для R3: (R1/R2).Rp/(Rp+R3).
Где: Rp = Rs.R2/(Rs+R2).
Если R2 = 0, то коэффициент усиления шума для R3 равен: R1/R3.

Коэффициент усиления шума для R4: 1+ R1/(R2+Rp).
Где Rp = Rs.R3/(Rs+R3).

Коэффициент усиления шума для Rs: (R1/R2).Rp(Rp+Rs).
Где Rp = R2.R3/(R2+R3).
Если R2 = 0, то коэффициент усиления шума для Rs равен: R1/Rs.

Коэффициент усиления шума для шума входного напряжения операционного усилителя: 1+ R1/(R2+Rп).
Где Rp = Rs.R3/(Rs+R3). Таким образом, та же формула, что и для Шум Р4.

Коэффициент усиления шума для операционного усилителя + шум входного тока: R4.(1+ R1/(R2+Rp)).
Где Rp = Rs.R3/(Rs+R3).

Коэффициент усиления шума для операционного усилителя — шум входного тока: R1.

Усиление сигнала для инвертирующего усилителя

Для инвертирующего усилителя усиление сигнала от Vs до усилителя вывод: (R1/R2). Rp(Rp+Rs).
Где Rp = R2.R3/(R2+R3).
Если R2 = 0, то коэффициент усиления сигнала равен: 1 р./р.
Это та же формула, что и коэффициент усиления шума для Rs, что логично, поскольку напряжение сигнала (Vs) и шум Rs соединены последовательно, поэтому появляются с тем же коэффициентом усиления на выходе усилителя.

Назначение резистора R4 в инвертирующем усилителе

Теперь немного поясним назначение резистора R4 в инвертирующем усилителе.
Во многих конструкциях инвертирующих усилителей вход + операционного усилителя напрямую подключен к земле, поэтому сопротивление R4 равно 0 Ом.
Тогда R4 не будет вызывать помех на выходе усилителя, а также на входе + токовый шум ОУ не даст шума на выходе усилителя. Однако
Резистор R4 может быть добавлен для уменьшения напряжения смещения постоянного тока на выходе. усилителя.
В этом случае мы можем поставить конденсатор с достаточно большой емкостью на R4.
Это замкнет любой шум на землю, не влияя на постоянный ток. составная часть.
Для расчета шума мы можем вычислить значение R4 = 0 Ом.

Определение суммарного шума на выходе усилителя

В операционном усилителе, как мы видели, есть несколько источников шума, которые все это вызывает некоторый шум на выходе усилителя.
Теперь мы хотим узнать общий шум на выходе усилителя.
Для этого мы берем квадрат каждого шумового напряжения, что на самом деле преобразование напряжения в мощность.
Затем мы складываем все эти значения в квадрате (таким образом, мы складываем степени), а затем берем квадратный корень из ответа, который преобразует мощность обратно в напряжение.

Итак, суммарный шум на выходе усилителя = √ (Vn1 + Вн2 + Вн3 + Вн4 + и т.д..).
Где Vn1, Vn2 и т. д. представляют отдельные источники шума.
Шум источника сигнала также является одним из источников шума, который (в квадрате) следует добавить.

Если мы хотим уменьшить уровень шума усилитель, мы должны сосредоточиться на источниках шума, которые производят больше всего шума на выход усилителя.
Если например один источник шума дает в 5 раз больше шума на усилителе выхода, чем любой другой источник шума, то квадрат значения в 25 раз выше.
Тогда этот источник шума сильно преобладает над всеми остальными, и шум других источников вряд ли окажет какое-либо влияние на общий выходной шум.

Отношение сигнал-шум в дБ (SNR _дБ )

Когда у вас есть определенный сигнал с шумом, вы можете рассчитать Отношение сигнал/шум, выраженное в дБ.
SNR _дБ указывает, насколько дБ сигнал выше уровень шума.
Когда SNR _дБ = 0 дБ, сигнал и шум имеют одинаковый уровень.
Когда SNR _дБ является отрицательным, шум сильнее, чем сигнал.
Когда вы выражаете сигнал и шум как напряжения с определенной среднеквадратичной амплитудой (A), SNR _дБ можно рассчитать как:

ОСШ _дБ = 20 log ₁₀ (сигнал A / А _шум ).

Когда вы выражаете сигнал и шум в виде мощностей (P), идущих на некоторую нагрузку резистор, то SNR _дБ можно рассчитать как:

ОСШ _дБ = 10 log ₁₀ (P _сигнал / P _шум )

Обе формулы дают одинаковый результат.
В моем калькуляторе шума операционного усилителя сигнал и шум выражаются в виде напряжения, поэтому я используйте первую формулу.
Число 10 после «журнала» означает; вы должны взять логарифм с основанием 10.

Коэффициент шума (NF)

Источник сигнала имеет определенное отношение сигнал-шум _дБ .
При усилении этого сигнала бесшумным усилителем отношение сигнал-шум _дБ на выходе усилителя останется прежним.
Однако на практике усилители никогда не бывают бесшумными и добавляют некоторый шум к усиленный сигнал.
Это приведет к SNR _дБ на выходе усилителя. быть ниже SNR _дБ источника.
Разница заключается в коэффициенте шума (NF) усилителя и единице измерения: дБ.

NF = SNR _дБ (источник) — SNR _дБ (выход усилителя).

Идеальный бесшумный усилитель будет иметь коэффициент шума 0 дБ.
NF зависит от значения сопротивления и температуры источника.