运放电路噪声与偏置
运放电路噪声与偏置
1. 噪声的来源
非反转放大电路主要的噪声来源如下（摘自远坂俊昭《从OP 放大器实践电路到微弱信号的处理》）：
从图中可知，噪声主要与下面几个因素有关。
1.1． 等效输入噪声电压（En ）
等效输入噪声电压定义为，屏蔽良好、无信号输入的的运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，就称为运放输入噪声电压。 En 和频率有关，不同频率段的噪声规律不一样，如图。
在计算时，需要分段计算。一般datasheet 会给出某个频率段的噪声密度，也有些会给出低频段的噪声值。根据这些指标与自身系统的带宽即可计算得到噪声电压。
1.2． 等效输入噪声电流（In ）
等效输入噪声电流（In ）与等效输入噪声电压类似。
同样datasheet 会给出噪声密度指标，根据实际带宽计算得到噪声幅度，由于是一个电流值，还需要乘上所流经电阻的阻值，得到电压噪声幅度。
1.3． 电阻热噪声
高于绝对0°（-273℃或Ok ）的任何温度下，物质中的电子都在持续地热运动。由于其运动方向是随机的，任何短时电流都不相关，因此没有可检测到的电流。但是连续的随机运动序列可以导致Johnson 噪声或热噪声。电阻热噪声的幅度和其阻值有下列关系；
式中，Vn 是噪声电压，以V 为单位；Kb 是玻尔兹曼常数，1.38×10(-23)J/K；T 是温度，以K 为单位；R 是电阻，以Ω为单位；B 是带宽，以Hz 为单位
当放大电路中有较大电阻，那么热噪声也是主要的噪声源之一。
1.4． 噪声的融合
上面列举的几种噪声互相之间是无关的，他们的自乘之和的平方根就是合成的振幅值。噪声幅值在最大噪声幅值1/3以下的成分，影响小于10%，可以忽略不计。
实际电路中根据实际参数计算主要噪声，忽略次要噪声，即可估算得到噪声值。
2. 偏置的来源
2.1. 输入失调电压（Vos ）
上面已经讲到，Vos 相当于是在输入端叠加了一个电压源，会被放大电路进行放大，导致输出信号的偏置。
输入失调电压还会随温度漂移。
在小信号放大电路中，很多输入失调电压已经大于被放大信号本身，温度漂移相对被放大信号来说也比较大，这样即便进行调零，还是会导致很大的误差。
2.2. 输入失调电流（Ios ）
输入失调电流流经放大电路的各个电阻也会导致偏置。如下图所示（摘自http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/amplifiers/f/52/t/18865.aspx）。
2.3. 输入偏置电流（Ib ）
本质上导致偏置的是输入失调电流，但是如果输入偏置电流为0，那么由输入失调电流导致的偏置可以通过增加平衡电阻的方式来补偿。但是如果输入偏置电流相对输入失调电流较大，那么补偿方法就没有太大意义。
2.4. 减少输入偏置电流影响的方法
输入偏置电流的影响可以减小，但是前提是Ios 为0或者相对Ib 来说很小。
摘自远坂俊昭《从OP 放大器实践电路到微弱信号的处理》
2.5. 偏置调零
偏置可以进行调零来减小影响。
以下内容摘自http://www.eepw.com.cn/article/261926.htm，作者Machinnneee
但是，一直很疑惑的一点是，同一个运放偏置电压并不是固定的，而是落在一个区间之内，那么调零电路需要对每个产品一一进行调零，对于量产来说几乎是不可接受的。 以下是某运放的偏置电压分布图，可以看到个体间波动范围很大。