运算放大器电路固有噪声的分析与测量2

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Analysis And Measurement Of Intrinsic Noise In Op Amp Circuits

Part II: Introduction To Op Amp Noise

by Art Kay, Senior Applications Engineer, Texas Instruments Incorporated

An important characteristic of noise is its spectral density. Voltage noise spectral density is a measurement of root-mean-square (rms) noise voltage per square root Hertz (or commonly: nV/√Hz). Power spectral density is given in W/Hz. In the previous article we learned that the thermal noise of a resistor can be computed using Equation 2.1. This equation can be rearranged into a spectral density form. One important characteristic of this noise is that it has a flat spectral density plot (ie it has uniform energy at all frequencies). For this reason, thermal noise is sometimes called broadband noise. Op amps also have broadband noise associated with them. Broadband noise is defined as noise that has a flat spectral density plot.

Eq 2.1

Fig. 2.1: Op Amp Noise Spectral Density

In addition to broadband noise, op amps often have a low-frequency noise region that does not have a flat spectral density plot. This noise is called 1/f noise, flicker noise, or low-frequency noise. Typically, the power spectrum of 1/f noise falls at a rate of 1/f. This means that the voltage spectrum falls at a rate of 1/f(? ). In practice, however, the exponent of the 1/f function may deviate slightly. Fig. 2.1 shows a typical op amp spectrum with both a 1/f region and a broadband region. Note that the spectral density plot also shows current noise (given in fA/√Hz).

It is important to note that 1/f noise also has a normal distribution and, consequently, the mathematics described in Part I still apply. Fig. 2.2 shows the time domain description of 1/f noise. Notice that the x-axis of this graph is given in seconds; this slow change with time is typical for 1/f noise.

Fig. 2.2: 1/f Noise Shown In The Time Domain And Statistically

The standard model for op amp noise is shown in Fig. 2.3. It consists of two uncorrelated current noise sources and one voltage noise source connected to the op amp inputs. The voltage noise source can be thought of as time-varying input offset voltage component, and the current noise sources can be thought of time-varying bias current components.

Fig. 2.3: Op Amp Noise Model

Op Amp Noise Analysis Technique

The goal of op amp noise analysis technique is to calculate the peak-to-peak output noise based on op amp data sheet information. As the technique is explained, we will use formulas that apply to most simple op amp circuits. For more complex circuits, the formulas can help to get a rough idea of the expected noise output. It is possible to develop more accurate formulas for these complex circuits; however, the math would be overly complex. For the complex circuits, it is probably best to use a three-step approach. First get a rough estimate using the formulas, second get a more accurate estimate using spice, and finally verify your results through measurements.

As an example circuit, we will use a simple non-inverting amplifier with a TI OPA277 (see Fig. 2.4). Our goal is to determine the peak-to-peak output noise and to do this we have to consider the op amp's current noise, voltage noise, and the resistor thermal noise. We will determine the value of these noise sources using the spectral density curves in the data sheet. Also, we will have to consider the gain and bandwidth of the circuit.

Fig. 2.4: Example Circuit For Noise Analysis

First, we must understand how to convert the noise spectral density curves to a noise source. In order to do this we will have to use some calculus. As a quick reminder, the integral function will give the area under a curve. Fig. 2.5 shows how a constant function can be integrated by simply multiplying the height times the width (ie the area of a rectangle). This simple relationship converts the spectral density curves to noise sources.

Fig. 2.5: Integration Computes Area Under A Curve

People will often say that you must integrate the voltage spectral density curve to get total noise. In reality, you must integrate the power spectral density curve. This curve is simply the voltage or current spectral density squared (remember P = V2/R and P = I2R). Fig. 2.6 shows the strange units that result when you attempt to integrate the voltage spectral density curve. Fig. 2.7 shows how you can integrate the power spectral density and convert back to voltage by taking the square root of the result. Note that we get the proper units.

Fig. 2.6: Incorrect Way To Compute Noise

Fig. 2.7: Correct Way To Compute Noise

Integrating the power spectral density curve for the voltage and current spectrums will give us the rms magnitude of the sources in the op amp model (Fig. 2.3). However, the shape of the spectral density curve will contain a 1/f region and a broad band region with a low-pass filter (see Fig. 2.8). Calculating the total noise of these two sections will

require the use of formulas that were derived using calculus. The results of these two computations are added using root-sum square (rss) addition for uncorrelated sources that was discussed in Part I.

Fig. 2.8: Broadband Region With Filter

First, we will integrate the broadband region with a low-pass filter. Ideally, the low-pass filter portion of this curve would be a straight vertical line. This is referred to as a brick-wall filter. Solving the area under a brick-wall filter is easy because it is a rectangle (height × width). In the real world we cannot realize a brick-wall filter. However, there are a set of constants that can be used to convert real-world filter bandwidth to an equivalent brick-wall filter bandwidth for the purpose of the noise calculation. Fig. 2.9 compares the theoretical brick-wall filter to first-, second- and third-order filters.

Fig. 2.9: Comparison Of Brick-Wall Filter To Real-World Filter

The next equation is used to convert the real-world filter or the brick-wall equivalent.

Table 2.1 lists the brick-wall conversion factors (K n) for different filter orders. For example, a first-order filter bandwidth can be converted to a brick-wall filter bandwidth

by multiplying by 1.57. The adjusted bandwidth is sometimes referred to as the noise bandwidth. Note that the conversion factor approaches one as the order increases. In

other words, higher-order filters are a better approximation of a brick-wall filter.

Eq

2.2

Number of Poles in Filter

Kn

Ac Noise Bandwidth Ratio

11.57

2 1.22

3 1.16

4 1.13

5 1.12

Table 2.1: Brick-Wall Correction Factor

So now that we have a formula to convert a real-world filter to its brick-wall equivalent,

it is a simple matter to integrate the power spectrum. Remember, integrating the power is

the voltage spectrum squared. At the end of the integration, the square root is taken to convert back to voltage. The next equation was derived in this manor (see Appendix 2.1). This, and the last equation, are used in conjunction with the data sheet information to determine the broadband noise contribution.

Eq

2.3

Recall that our goal is to determine the magnitude of the noise source Vn from Fig. 2.3.

This noise source consists of both broadband noise and 1/f noise. Using the last two equations we were able to compute the broadband component. Now we need to compute

the 1/f component. This is done by integrating the power spectrum of the 1/f region of the noise spectral density plot. Fig. 2.10 shows this region graphically.

Fig. 2.10: 1/f Region

The result of the integration is given by the two equations following, the first normalizing any noise measurement in the 1/f region to the noise at 1 Hz. In some cases this number

can be read directly from the chart, in other cases it is more convenient to use this

equation (see Fig. 2.11). The second computes the 1/f noise using the normalized noise, upper noise bandwidth, and lower noise bandwidth. The full derivation is given in Appendix 2.2.

2.4

Eq

Fig. 2.11: Two 1/f Normalizing Cases

2.5

Eq When considering the 1/f noise you must choose a low-frequency cutoff. This is because

the 1/f function is not defined at zero (ie 1/0 is undefined). In fact, the noise theoretically

goes to infinity when you integrate back to zero Hertz. However, you should consider

that very low frequencies correspond to long times. For example, 0.1 Hz corresponds to

10 s, and 0.001 Hz corresponds to 1000 s. For extremely low frequencies the corresponding time could be years (eg 10 nHz = 3 years). The greater the frequency

interval that you integrate over, the larger the resultant noise. Keep in mind, however,

that extremely low-frequency noise measurements must be made over a long period of

time. These phenomena will be discussed in greater detail in a later article. For now,

please note that 0.1 Hz is often used for the lower cutoff frequency of the 1/f calculation.

Now we have both the broadband and 1/f noise magnitude. We must add these noise

sources using the formula for uncorrelated noise sources given in Part I (see equation

below and Equation 1.8 in Part I of this TechNote series).

2.6

Eq

A common concern that engineers have when considering this analysis technique is that they feel that the 1/f noise and broadband noise should be integrated in two separate regions. In other words, they believe that adding noise in this region will create an error because the 1/f noise will add with the broadband noise outside of the 1/f-region. The truth is that the 1/f-region extends across all frequencies as does the broadband-region. You must keep in mind that the noise spectrum is shown on a log chart and, so, the 1/f-region has little impact after it drops below the broadband curve. The only region where the combination of the two curves is obvious is near where they combine (often called the 1/f-corner frequency). In this region, you can see that the two sections combine as is described by our mathematical model. Fig. 2.12 illustrates how the two regions actually overlap as well as giving some relative magnitudes.

Fig. 2.12: 1/f Noise Region and Broadband Noise Regions Overlap

At this point we have developed all the equations necessary for converting a noise spectral density curve to a noise source. Note that the equations were derived for voltage noise, but the same technique works for current. In the next part of this article series, we will address the noise analysis of op amp circuits using these equations.

Summary And Preview

This part of the noise series introduced the op amp noise model and the noise spectral density curve. Also, some fundamental noise equations were introduced. Part III of this series will give examples of noise calculations using real world circuits. Acknowledgements

Special thanks to all of the technical insights individuals from the following individuals: Burr-Brown Products from Texas Instruments:

?Rod Bert, Senior Analog IC Design Manager

?Bruce Trump, Manager Linear Products

?Tim Green, Applications Engineering Manager

?Neil Albaugh, Senior Applications Engineer

References

Robert V Hogg, and Elliot A Tanis, Probability and Statistical Inference, 3rd Edition, Macmillan Publishing Co.

C. D. Motchenbacher, and J. A. Connelly, Low-Noise Electronic System Design, A Wiley-Interscience Publication

About The Author

Arthur Kay is a Senior Applications Engineer at Texas Instruments Incorporated and specializes in the support of sensor signal conditioning devices. He graduated from Georgia Institute of Technology with an MSEE in 1993. He has worked as a semiconductor test engineer for Burr-Brown and Northrop Grumman Corporation.

电子电路噪声分析

电子电路噪声分析 摘要 对于电子线路中所标称的噪声,可以概括地认为,它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号,称为噪声。但是,一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关,因而,后来人们逐步扩大了噪声概念。例如,把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说,电路中除目的的信号以外的一切信号,不管它对电路是否造成影响,都可称为噪声。例如,电源电压中的纹波或自激振荡,可对电路造成不良影响,使音响装置发出交流声或导致电路误动作,但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡,都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号,对需要接收这种信号的接收机来讲,它是正常的目的信号,而对另一接收机它就是一种非目的信号,即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语,有时会与噪声的概念相混淆,其实,是有区别的。噪声是一种电子信号,而干扰是指的某种效应,是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声,却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的,而是一种噪声。但由于电路特性关系,这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱,所以可以认为是没有干扰。 当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时,该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件,当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压,称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来,噪声很难消除,但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度,以使噪声不致于形成干扰。 关键词:电路噪声电路干扰电路信号尖峰脉冲 ABSTRACT In common use, the word noise means unwanted sound or noise pollution. In electronics noise can refer to the electronic signal corresponding to acoustic noise (in an audio system) or the electronic signal corresponding to the (visual)

运算放大器组成的各种实用电路

运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用,来个“庖丁解牛”,希望各位从事电路板维修的同行,看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=(1+Rf)Vi,那是一个反向放大器,然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了!偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者,结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。 今天,芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是“虚短”和“虚断”,不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV,两输入端近似等电位,相当于“短路”。开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你,让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器(其实在维修中和大多数设计过程中,把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题)。 好了,让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”,开始“庖丁解牛”了。 (原文件名:1.jpg)

噪声干扰PCB布线与微小信号的放大

电路中干扰、噪声的应对与微弱信号的测量 摘要:微弱信号常常被混杂在大量的噪音中。噪声的来源多种多样,有来自电路之间的,有电子元器件本身所具有的,也有来自外部环境的。这其中,又分为了好多不同种类,比如电子元器件的噪声,有低频时的1/f噪声,有高频的热噪声等等。本文中分别对其进行介绍。为了消除这些噪声,从而获得正确的信号,就需要对电路采取一些措施。在PCB布局布线时,就有好多细节非常值得我们注意。当然,元器件的选择也是很有讲究的。当然,仅仅对噪声干扰进行抑制并不足以达到检测微弱信号的目的,为此,在设计检测微弱信号的电路时,又有很多重要的方法和注意点值得参考。只有做好这些,才能从噪声中得到可靠、稳定的信号。关键词:噪声;PCB布线;微弱信号检测 一、电路中的干扰与噪声 噪声是电路中相对于信号而言的一些干扰、无用的信号噪声干扰的产生原因有许多,如雷击、周边负载设备的开关机、发电机、无线电通讯等。在对微弱信号处理时,噪声的影响非常重要,必须对其采取措施,否则有用信号将淹没其中,而无法被检测到。具体到噪声来源、噪声特点等方面,噪声有许许多多的类别,下面分别简要对其进行介绍。 1.1低频噪声 低频噪声主要是由于内部的导电微粒不连续造成的。特别是碳膜电阻,其碳质材料内部存在许多微小颗粒,颗粒之间是不连续的,在电流流过时,会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化,产生类似接触不良的闪爆电弧。另外,晶体管也可能产生相似的爆裂噪声和闪烁噪声,其产生机理与电阻中微粒的不连续性相近,也与晶体管的掺杂程度有关。 1.2半导体器件产生的散粒噪声 由于半导体PN结两端势垒区电压的变化引起累积在此区域的电荷数量改变,从而显现出电容效应。当外加正向电压升高时,N区的和P区的空穴向耗尽区运动,相当于对电容充电。当正向电压减小时,它又使电子和空穴远离耗尽区,相当于电容放电。当外加反向电压时,耗尽区的变化相反。当电流流经势垒区时,这种变化会引起流过势垒区的电流产生微小波动,从而产生电流噪声。其产生噪声的大小与温度、频带宽度△f成正比。 1.3高频热噪声 高频热噪声是由于导电体内部电子的无规则运动产生的。温度越高,电子运动就越激烈。导体内部电子的无规则运动会在其内部形成很多微小的电流波动,因其是无序运动,故它的

第5章运算放大电路答案

习题答案 5.1 在题图5.1所示的电路中,已知晶体管V 1、V 2的特性相同,V U on BE 7.0,20)(==β。求 1CQ I 、1CEQ U 、2CQ I 和2CEQ U 。 解:由图5.1可知: BQ CQ BQ )on (BE CC I I R R I U U 213 1 1+=--即 11CQ11.01.4 2.7k 20I -7V .0-V 10CQ CQ I I k +=Ω Ω ? 由上式可解得1CQ I mA 2≈ 2CQ I mA I CQ 21== 而 1CEQ U =0.98V 4.1V 0.2)(2-V 1031=?+=+-R )I I (U BQ CQ CC 2CEQ U =5V 2.5V 2-V 1042=?=-R I U CQ CC 5.2 电路如题图5.2所示,试求各支路电流值。设各晶体管701.U ,)on (BE =>>βV 。 U CC (10V) V 1 R 3 题图5.1

解:图5.2是具有基极补偿的多电流源电路。先求参考电流R I , ()815 17 0266..I R =+?---=(mA ) 则 8.15==R I I (mA ) 9.0105 3== R I I (mA ) 5.425 4==R I I (mA ) 5.3 差放电路如题图5.3所示。设各管特性一致,V U on BE 7.0)(=。试问当R 为何值时,可满足图中所要求的电流关系? 解: 53010 7 0643..I I C C =-==(mA ) 则 I 56V 题图 5.2 R U o 题图5.3

2702 1 476521.I I I I I I C C C C C C == ==== mA 即 2707 065.R .I C =-= (mA ) 所以 61927 07 06...R =-= (k Ω) 5.4 对称差动放大电路如题图5.1所示。已知晶体管1T 和2T 的50=β,并设 U BE (on )=0.7V,r bb ’=0,r ce =。 (1)求V 1和V 2的静态集电极电流I CQ 、U CQ 和晶体管的输入电阻r b’e 。 (2)求双端输出时的差模电压增益A ud ,差模输入电阻R id 和差模输出电阻R od 。 (3)若R L 接V 2集电极的一端改接地时,求差模电压增益A ud (单),共模电压增益A uc 和共模抑制比K CMR ,任一输入端输入的共模输入电阻R ic ,任一输出端呈现的共模输出电阻R oc 。 (4) 确定电路最大输入共模电压围。 解:(1)因为电路对称,所以 mA ...R R .U I I I B E EE EE Q C Q C 52050 21527 062270221=+?-=+?-== = + V 1 V 2 + U CC u i1 u i2R C 5.1k ΩR L U o 5.1kΩ R C 5.1k Ω R E 5.1k Ω -6V R B 2k Ω 题图5.1 R B 2k Ω + - R L /2 + 2U od /2 + U id /2 R C R B V 1 (b) + U ic R C R B V 1 (c) 2R EE + U

光纤放大器的调节方法

光纤放大器的调节方法 无线光通信是以激光作为信息载体,是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比,无线光通信所使用的激光频率高,方向性强(保密性好),可用的频谱宽,无需申请频率使用许可;与光纤通信相比,无线光通信造价低,施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势,已成为一种新兴的宽带无线接人方式,受到了人们的广泛关注。但是,恶劣的天气情况,会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子,会使光线在空间、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量,使信号的功率衰减,在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变,要获得更好更快的传输效果,对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求,一般地,采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展,稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。 1 、EDFA的原理及结构 掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益高、噪声低、频带宽、输出功率高、连接损耗低和偏振不敏感等优点,直接对光信号进行放大,无需转换成电信号,能够保证光信号在最小失真情况下得到稳定的功率放大。 、 EDFA的原理 在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光,就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态,处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于 Er3+离子在亚稳态能级上寿命较长,因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时,与处于亚稳态的Er3+离子相互作用发生受激辐射效应,产生大量与自身完全相同的光子,这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多,产生信号放大作用。Er3+离子处于亚稳态时,除了发生受激辐射和受激吸收以外,还要产生自发辐射(ASE),它造成EDFA 的噪声。 、 EDFA的结构 典型的EDFA结构主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。掺铒光纤是EDFA的核心部件。它以石英光纤作为基质,在纤芯中掺人固体激光工作物质铒离子,在几米至几十米的掺铒光纤内,光与物质相互作用而被放大、增强。光隔离器的作用是抑制光反射,以确保放大器工作稳定,它必须是插入损耗低,与偏振无关,隔离度优于40 dB。 、EDFA的特性及性能指标 增益特性表示了放大器的放大能力,其定义为输出功率与输入功率之比: 式中:Pout,Pin分别表示放大器输出端与输入端的连续信号功率。增益系数是指从泵浦光源输入1 mW 泵浦光功率通过光纤放大器所获得的增益,其单位为dB/mW:

电路噪声的产生及抑制

电路噪声的产生及抑制 电路噪声 对于电子线路中所标称的噪声,可以概括地认为,它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号,称为噪声。但是,一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关,因而,后来人们逐步扩大了噪声概念。例如,把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说,电路中除目的的信号以外的一切信号,不管它对电路是否造成影响,都可称为噪声。例如,电源电压中的纹波或自激振荡,可对电路造成不良影响,使音响装置发出交流声或导致电路误动作,但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡,都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号,对需要接收这种信号的接收机来讲,它是正常的目的信号,而对另一接收机它就是一种非目的信号,即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语,有时会与噪声的概念相混淆,其实,是有区别的。噪声是一种电子信号,而干扰是指的某种效应,是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声,却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的,而是一种噪声。但由于电路特性关系,这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱,所以可以认为是没有干扰。 当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时,该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件,当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压,称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来,噪声很难消除,但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度,以使噪声不致于形成干扰。 电子电路中噪声的产生?如何抑制 这个东西主要是由于电路中的数字电路和电源部分产生的。在数字电路中,普遍存在高频的数字电平,这些电平可以产生两种噪声:1、电磁辐射,就像电视的天线一样,通过发射电磁波来干扰旁边的电路,也就是你说的噪声。2、耦合噪声,指数字电路和旁边的电路存在

运算放大器电路固有噪声的分析与测量

运算放大器电路固有噪声的分析与测量 第三部分:电阻噪声与计算示例 作者:TI 高级应用工程师 Art Kay 在第二部分中,我们给出了将产品说明书上噪声频谱密度曲线转换为运算放大器噪声源模型的方法。在本部分中,我们将了解如何用该模型计算简单运算放大器电路的总输出噪声。总噪声参考输入 (RTI) 包含运算放大器电压源的噪声、运算放大器电流源的噪声以及电阻噪声等。上述噪声源相加,再乘以运算放大器的噪声增益,即可得出输出噪声。图 3.1 显示了不同噪声源及各噪声源相加再乘以噪声增益后的情况。 图 3.1:噪声源相结合

噪声增益是指运算放大器电路对总噪声参考输入 (RTI) 的增益。在某些情况下,这与信号增益并不相同。图 3.2 给出的实例显示了信号增益(1)与噪声增益(2)不同的情况。Vn 信号源是指不同噪声源的噪声影响。请注意,通常在工程设计中,我们会在非反向输入端将所有噪声源结合为单个的噪声源。我们的最终目标是计算出运算放大器电路的噪声参考输出 (RTO)。 图 3.2:噪声增益与信号增益 方程式 3.1:简单运算放大器电路的噪声增益 在上一篇文章中,我们了解到如何计算电压噪声输入,不过我们如何将电流噪声源转换为电压噪声源呢?一种办法就是对每个电流源进行独立的节点分析,并用叠加法将结果求和。这时我们要注意,要用和的平方根 (RSS) 对每个电流源的结果进行求和。通过方程式 3.2 和 3.3,我们可将简单运算放大器电路的电流噪声转换为等效电压噪声源。图 3.3 给出了有关图示。附录 3.1 给出了该电路的整个演算过程。 方程式 3.2与3.3:将简单运算放大器的电流噪声转换为电压噪声 (RTI)

光纤通信技术—光纤放大器概要

光纤通信技术—光纤放大器 光导纤维通信简称光纤通信,原理是利用光导纤维传输信号,以实现信息传递的一种通信方式。实际应用中的光纤通信系统使用的不是单根的光纤,而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤放大器不但可对光信号进行直接放大,同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能,是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。 名称:光纤放大器 关键字:光纤放大器 EDFA 半导体放大器光纤曼放大器 摘要:光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果,它大大地促进了光复用技术、光弧子通信以及全光网络的发展。顾名思义,光放大器就是放大光信号。在此之前,传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换,即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种:光纤放大器、拉曼放大器、半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的;掺铥光纤放大器的增益带是S波段;掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器,即大功率的激光注入光纤后,会发生非线性效应?喇曼散射。在不断发生散射的过程中,把能量转交给信号光,从而使信号光得到放大。由此不难理解,喇曼放大是一个分布式的放大过程,即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的,几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了,不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器,工作原理与半导体激光器相类似。 1.引言 无线光通信是以激光作为信息载体,是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比,无线光通信所使用的激光频率高,方向性强(保密性好),可用的频谱宽,无需申请频率使用许可;与光纤通信相比,无线光通信造价低,施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势,已成为一种新兴的宽带无线接人方式,受到了人们的广泛关注。但是,恶劣的天气情况,会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子,会使光线在空问、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量,使信号的功率衰减,在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变,要获得更好更快的传输效果,对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求,一般地,采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展,稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。 2.光纤放大器的发展方向 由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展,对作为光纤通信领域的关键器件——光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要

集成运算放大器电路分析及应用(完整电子教案)

集成运算放大器电路分析及应用(完整电子教案) 3.1 集成运算放大器认识与基本应用 在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317实现电路电压检测,并通过三极管开关电路实现电路的控制。首先来看下集成运算放大器的工作原理。 【项目任务】 测试如下图所示,分别测量该电路的输出情况,并分析电压放大倍数。 R1 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 R1 15kΩR2 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 函数信号发生器函数信号发生器 (a)无反馈电阻(b)有反馈电阻 图3.1集成运算符放大器LM358测试电路(multisim) 【信息单】 集成运放的实物如图3.2 所示。 图3.2 集成运算放大 1.集成运放的组成及其符号 各种集成运算放大器的基本结构相似,主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成,如图3.3所示。输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成;中间级的作用是获得较大的电压放大倍数,可以由共射极电路承担;输出级要求有较强的带负载能力,一般采用射极跟随器;偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。

图3.3集成运算放大电路的结构组成 集成运放的图形和文字符号如图 3.4 所示。 图3.4 集成运放的图形和文字符号 其中“-”称为反相输入端,即当信号在该端进入时, 输出相位与输入相位相反; 而“+”称为同相输入端,输出相位与输入信号相位相同。 2.集成运放的基本技术指标 集成运放的基本技术指标如下。 ⑴输入失调电压 U OS 实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称,当输入电压为零时,输出电压并不为零。规定在室温(25℃)及标准电源电压下,为了使输出电压为零,需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压,称之为输入失调电压U OS ,U OS 越小越好,一般约为 0.5~5mV 。 ⑵开环差模电压放大倍数 A od 集成运放在开环时(无外加反馈时),输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od 。它是决定运放运算精度的重要因素,常用分贝(dB)表示,目前最高值可达 140dB(即开环电压放大倍数达 107 )。 ⑶共模抑制比 K CMRR K CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比,即od CMRR oc A K =A ,其含义与差动放大器中所定义的 K CMRR 相同,高质量的运放 K CMRR 可达160d B 。 ⑷差模输入电阻 r id r id 是集成运放在开环时输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比,即从输入端看进去的动态电阻,一般为M Ω数量级,以场效应晶体管为输入级的r id 可达104M Ω。分析集成运放应用电路时,把集成运放看成理想运算放大器可以使分析简化。实际集成运 放绝大部分接近理想运放。对于理想运放,A od 、K CMRR 、r id 均趋于无穷大。 ⑸开环输出电阻 r o r o 是集成运放开环时从输出端向里看进去的等效电阻。其值越小,说明运放的带负载能力越强。理想集成运放r o 趋于零。 其他参数包括输入失调电流I OS 、输入偏置电流 I B 、输入失调电压温漂 d UOS /d T 和输入失调电流温漂 d IOS /d T 、最大共模输入电压 U Icmax 、最大差模输入电压 U Idmax 等,可通过器件

电源电路5大常见内部噪声源

噪声重要与否,取决于它对目标电路工作的影响程度。 例如,一个开关电源在3MHz时具有显著的输出电压纹波,如果它为之供电的电路仅有几Hz的带宽,如温度传感器等,则该纹波可能不会产生任何影响。但是,如果该开关电源为RF锁相环(PLL)供电,结果可能大不相同。 为了成功设计一个鲁棒的系统,了解噪声源至关重要。就低压差(LDO)调节器而言,或者说对于任何电路,噪声源都可以分为两大类:内部噪声和外部噪声。内部噪声好比是您头脑中的噪声,外部噪声则好比是来自喷气式飞机的噪声。 今天我们只谈内部噪声。内部噪声有许多来源,各种噪声源都有自己独一无二的特性。内部噪声主要有以下几类:热噪声、1/f噪声、散粒噪声、爆裂或爆米花噪声。 1、热噪声,随机但有通式 在绝对零度以上的任何温度,导体或半导体中的载流子(电子和空穴)会发生扰动,这就是热噪声(亦称约翰逊噪声或白噪声)的来源。热噪声功率与温度成比例。它具有随机性,因而不随频率而变化。热噪声是一个物理过程,可以通过下式计算: Vn = √(4kTRB) k表示波尔兹曼常数(1.38?23 J/K) T表示绝对温度(K = 273°C) R表示电阻(单位Ω) B表示观察到噪声的带宽(单位Hz) 2、粉红浪漫?NO,这里只有1/f 噪声 1/f 噪声来源于半导体的表面缺陷,声功率与器件的偏置电流成正比,并且与频率成反比,这一点与热噪声不同。即使频率非常低,该反比特性也成立;然而,当频率高于数kHz时,关系曲线几乎是平坦的。1/f 噪声也称为粉红噪声,因为其权重在频谱的低端相对较高。 1/f 噪声主要取决于器件几何形状、器件类型和半导体材料,因此,要创建其数学模型极其困难,通常使用各种情况的经验测试来表征和预测1/f 噪声。 一般而言,具有埋入结的器件,如双极性晶体管和JFET等,其1/f 噪声往往低于MOSFET等表面器件。 3、有势垒地方就有散粒噪声 散粒噪声发生在有势垒的地方,例如PN结中。半导体器件中的电流具有量子特性,电流不是连续的。当电荷载子、空穴和电子跨过势垒时,就会产生散粒噪声。和热噪声一样,散粒噪声也是随机的,不随频率而变化。 4、低频噪声——爆米花噪声 爆米花噪声是一种低频噪声,似乎与离子污染有关。爆米花噪声表现为电路的偏置电流或输出电压突然发生偏移,这种偏移持续的时间很短,然后偏置电流或输出电压又突然返回其原始状态。这种偏移是随机的,但似乎与偏置电流成正比,与频率的平方成反比(1/f2)。 5、爆裂噪声,几乎已被消除

运算放大器电路中固有噪声的分析与测量一

运算放大器电路中固有噪声的分析与测量(一) 第一部分:引言与统计数据评论 我们可将噪声定义为电子系统中任何不需要的信号。噪声会导致音频信号质量下降以及精确测量方面的错误。板级与系统级电子设计工程师希望能确定其设计方案在最差条件下的噪声到底有多大,并找到降低噪声的方法以及准确确认其设计方案可行性的测量技术。 噪声包括固有噪声及外部噪声,这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能。外部噪声来自外部噪声源,典型例子包括数字开关、60Hz 噪声以及电源开关等。固有噪声由电路元件本身生成,最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。本系列文章将介绍如何通过计算来预测电路的固有噪声大小,如何采用 SPICE模拟技术,以及噪声测量技术等。 热噪声 热噪声由导体中电子的不规则运动而产生。由于运动会随温度的升高而加剧,因此热噪声的幅度会随温度的上升而提高。我们可将热噪声视为组件(如电阻器)电压的不规则变化。图 1.1 显示了标准示波器测得的一定时域中热噪声波形,我们从图中还可看到,如果从统计学的角度来分析随机信号的话,那么它可表现为高斯分布曲线。我们给出分布曲线的侧面图,从中可以看出它与时域信号之间的关系。 图 1.1: 在时间域中显示白噪声以及统计学分析结果

热噪声信号所包含的功率与温度及带宽直接成正比。请注意,我们可简单应用功率方程式来表达电压与电阻之间的关系(见方程式1.1),根据该表达式,我们可以估算出电路均方根 (RMS) 噪声的大小。此外,它还说明了在低噪声电路中尽可能采用低电阻元件的重要性。 方程式 1.1:热电压 方程式 1.1 中有一点值得重视的是,根据该表达式我们还可计算出 RMS 噪声电压。在大多数情况下,工程师希望了解“最差条件下噪声会有多严重?”换言之,他们非常关心峰峰值电压的情况。如果我们要将 RMS 热噪声电压转化为峰峰值噪声的话,那么必须记住的一点是:噪声会表现为高斯分布曲线。这里有一些单凭经验的方法即根据统计学上的关系,我们可将 RMS 热噪声电压转化为峰峰值噪声。不过,在介绍有关方法前,我想先谈谈一些数学方面的基本原理。本文的重点在于介绍统计学方面的基本理论,随后几篇文章将讨论实际模拟电路的测量与分析事宜。 概率密度函数: 构成正态分布函数的数学方程式称作“概率密度函数”(见方程式 1.2)。根据一段时间内测得的噪声电压绘制出相应的柱状图,从该柱状图,我们可以大致看出函数所表达的形状。图 1.2 显示了测得的噪声柱状图,并给出了相应的概率密度函数。

掺铒光纤放大器的设计..

东北石油大学课程设计 2014年3月7日

东北石油大学课程设计任务书 课程光电子技术课程设计 题目掺铒光纤放大器的设计 专业电子科学与技术姓名苗培梓学号100901240106 主要内容、基本要求、主要参考资料等 1、主要内容: 的掺铒光纤放通过学习光纤放大器的原理,设计一个能够对波长为1.55m 大器。 2、基本要求 要求在论文中写出掺铒光纤放大器的工作原理,结构与特性,以及优点与应用。 3、参考文献: [1] 刘增基,周洋溢著,光纤通信,西安电子科技大学出版社,2002.6. [2] 雷肇棣著,光纤通信基础,电子科技大学出版社,1999. [3] 马养武,包成芳,光电子学,浙江大学出版社,2003.3. 完成期限2014.3.3 ~2014.3.7 指导教师 专业负责人 年月日

第1章概述 掺铒光纤放大器,即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器,是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器,它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒离子的光纤,它是掺铒光纤放大器的核心。光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件,在使用光纤的通信系统中,不需要将光信号转换为电信号,直接对光信号进行放大的一种技术。 1.1研究意义 众所周知,现今是信息时代,社会信息化进程正在逐渐的深入,整个社会受信息运行的影响也随之越来越大,随着因特网的普及和网上应用,使人们对一些新型信息服务的需求越来越迫切,例如家庭办公、远程教育、电子商务等,因此这就需要用到功能强大的通信网络,光纤通信作为一种理想的通信手段,具有了诸如较大的通信容量、较长的无中继通信距离、良好的保密性等许多的优点,这使得光纤通信取代其它通信手段是一种必然的趋势。 在光放大器中,掺铒光纤放大器,即EDFA,的技术比较成熟,自身性能较好,所以它的应用比较广泛。它具有高增益、低噪声、输出功率大、串话小,对温度偏振不敏感,藕合效率高,易与传输光纤藕合连接,损耗低,不易自激,对信号速率和格式透明,并具有几十纳米的放大带宽等优点。由于它几乎接近完美的特性及半导体泵浦源的使用,导致了它在波分复用系统中的广泛应用,随着光纤通信向速度更快、带宽更大方向的发展,随之对掺铒光纤放大器的性能也有着更高的要求。 1.2发展趋势及其前景 掺铒光纤放大器的研究始于60年代早期,E.Snitzer发现掺铒玻璃对1.50微米波长的激光有放大作用,提出了掺杂光纤放大器的设想,但由于当时未能解决热淬灭效应问题,而且随后出现了半导体光放大器,使得掺铒光纤放大器的研究停滞不前。直到80年代中期,南安普敦大学的研究人员通过改进的化学气相沉积法(MCVD)成功研制出了掺铒光纤,并在之后制作出了利用650nm波长50mW 的红染料激光器为泵浦的EDFA具有25dB的小信号增益;几乎同时贝尔实验室

运算放大器电路分析详解

透解放大器 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=(1+Rf)Vi,那是一个反向放大器,然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了!偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者,结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。 今天,芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是“虚短”和“虚断”,不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV,两输入端近似等电位,相当于“短路”。开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你,让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器(其实在维修中和大多数设计过程中,把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题)。 好了,让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”,开始“庖丁解牛”了。

电力系统噪声的分类

电力系统噪声的分类 从电磁干扰模式看,噪声可分为差模噪声和共模噪声两类,以及噪声处理。 1.1 差模噪声 又称线间感应噪声、串模噪声或常模噪声。噪声侵入往返在两导线之间,N为噪声源,UN 为噪声电压,IN、IS分别为噪声电流和有用信号。差模噪声可能是由于平行线路间互感的影响、分布电容的相互干扰及工频干扰等原因造成的,这种噪声可采用低通滤波器来抑制,但低频差模干扰却不易被滤波器吸收。 1.2 共模噪声 又称对地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。IN在两条线上流过一部分,以地为公共回路,IS只在往返两条线路中流过,这种噪声是由网络对地电位发生变化而引起的干扰,是造成微机保护、自动装置不正常工作的重要原因。 此外,若导线对地阻抗Z1=Z2,则UN1=UN2,从而IN1=IN2,即此时噪声电流不流过负载ZL,这种噪声就是共模噪声;通常Z1≠Z2,则UN1≠UN2,IN1≠IN2,出现UN1-UN2=UN,IN=UN/ZL,这种噪声就是差模噪声。可见,如发现差模噪声,则首先要考虑导线的阻抗是否平衡。阻抗不平衡对信号的不良影响,与其不平衡程度成比例。 2 噪声干扰的来源及危害 电力系统中噪声干扰的来源,大都是操作引起的噪声干扰、耦合引起的噪声干扰、地磁引起的噪声干扰、直流和厂(站)用电系统操作引起的干扰、大规模集成电路工作时引起的噪声干扰等等。 2.1 操作引起的噪声干扰 当发生高压线路或高压母线空载投入或切断、补偿电容器投切、电容式电压互感器投切、电力系统跳闸等情况时,均可引起瞬时过电压(浪涌)和高频振荡。浪涌电压和高频振荡电流的噪声可达相当大的数值,通过电磁感应、静电感应和公共电路的耦合窜入二次回路,造成对装置的干扰。 运行实践表明,高压瞬变电压的频带为5kHz~10MHz,振荡周期在50μs以内,重复率为1~100次/s、尖峰电压为200~3000V、衰减时间达数秒,严重地威胁了继电保护的正常工作。 2.2 耦合引起的噪声干扰 不同耦合方式产生不同耦合噪声,即电磁耦合、静电耦合和公共阻抗耦合,将产生不同的工业噪声干扰。 电磁耦合产生的干扰是电容式电压互感器(CVT)投人时,通过电磁感应在二次回路中所引起的噪声。变压器绕组和断路器带电部分的分布电容,CVT的分压电容C1、C2,高压线路电感、引线电感及接地网的电阻、电感等形成高频振荡回路。该回路所产生的高频振荡电流,流过接地网和两端都接地的中性线。如果CVT的二次引线与接地网、高压线路平行,则电磁耦合将在二次回路内产生很高的电压,此电压施加在继电保护装置的机壳,将产生高达数千伏的共模噪声。由于电压回路的控制电缆芯间对地阻抗往往不相等,因而在电压二次回路各相间可引起很大的差模噪声。 结合CVT具体安装情况,进一步说明电磁耦合的另一途径。若CVT安装底座对地高2m,高压侧接地线一般垂直进入电缆沟。当CVT投入或进行其它操作时,流过CVT高压侧接地线的高频振荡电流,将在接入装置的二次控制电缆中感应噪声电压。

常用运算放大器电路 (全集)

常用运算放大器电路(全集) 下面是[常用运算放大器电路(全集)]的电路图 常用OP电路类型如下: 1. Inverter Amp. 反相位放大电路: 放大倍数为Av = R2 / R1但是需考虑规格之Gain-Bandwidth数值。R3 = R4 提供1 / 2 电源偏压 C3 为电源去耦合滤波 C1, C2 输入及输出端隔直流 此时输出端信号相位与输入端相反 2. Non-inverter Amp. 同相位放大电路: 放大倍数为Av=R2 / R1 R3 = R4提供1 / 2电源偏压 C1, C2, C3 为隔直流

此时输出端信号相位与输入端相同 3. Voltage follower 缓冲放大电路: O/P输出端电位与I/P输入端电位相同 单双电源皆可工作 4. Comparator比较器电路: I/P 电压高于Ref时O/P输出端为Logic低电位 I/P 电压低于Ref时O/P输出端为Logic高电位 R2 = 100 * R1 用以消除Hysteresis状态, 即为强化O/P输出端, Logic高低电位差距,以提高比较器的灵敏度. (R1=10 K, R2=1 M) 单双电源皆可工作 5. Square-wave oscillator 方块波震荡电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 100 K, C1 = 0.01 uF

Freq = 1 /(2π* R1 * C1) 6. Pulse generator脉波产生器电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 30 K, C1 = 0.01 uF, R5 = 150 K O/P输出端On Cycle = 1 /(2π* R5 * C1) O/P输出端Off Cycle =1 /(2π* R1 * C1) 7. Active low-pass filter 主动低通滤波器电路: R1 = R2 = 16 K R3 = R4 = 100 K C1 = C2 = 0.01 uF 放大倍数Av = R4 / (R3+R4) Freq = 1 KHz 8. Active band-pass filter 主动带通滤波器电路:

实验十二 掺铒光纤放大器(EDFA)的性能测试(优.选)

实验十二掺铒光纤放大器(EDFA)的性能测试 一、实验目的 1. 了解掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理、基本结构及相关特性; 2. 测试掺铒光纤放大器(EDFA)的各种参数,并根据测量的参数计算增益、输出饱和功率和噪声系数; 二、实验原理 在光纤放大器实用化以前,为了克服光纤传输中的损耗,每传输一段距离都要进行“再生”,即把传输后的弱光信号转换成电信号,经过放大、整形后,再去调制激光器,生成一定强度的光信号,即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高,“再生”的难度也随之提高,于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题,其不但可对光信号进行直接放大,同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能,是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件;由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制,更重要的是它开创了C+L波段的波分复用,从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实,是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。 在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA)、半导体光放大器(SOA)和光纤喇曼放大器(FRA)等,其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV 网、军用系统(雷达多路数据复接、数据传输、制导等)等领域。在系统中EDFA有三种基本的应用方式:功率放大器(Power booster-Amplifier)、中继放大器(Line-Amplifier)和前置放大器(Pre-Amplifier)。它们对放大器性能有不同的要求,功放要求输出功率大,前放对噪声性能要求高,而中放两者兼顾。 1.掺铒光纤放大器的工作原理 Er3+能级图及放大过程:掺铒光纤放大器之所以能放大光信号的基本原理在于Er3+吸收泵浦光的能量,由基态4I15/2跃迁至处于高能级的泵浦态,对于不同的泵浦波长电子跃迁到不同的能级,当用980nm波长的光泵浦时,如图15-1所示,Er+3从基态跃迁至泵浦态4I11/2。由于泵浦态上的载流子的寿命只有1μs,电子迅速以非辐射方式由泵浦态豫驰至亚稳态,在亚稳态上载流子有较长的寿命,在源源不断的泵浦下,亚稳态上的粒子不断累积,从而实现粒子数反转分布。当有1550nm的信号光通过已被激活的铒光纤时,在信号光的感应下,亚稳态上的粒子以收集受激辐射的方式跃迁到基态,同时释放出一个与感应光子全同的光

运算放大器噪声关系1f噪声均方根(RMS)噪声与等效噪声带宽

MT-048TUTORIAL Op Amp Noise Relationships: 1/f Noise, RMS Noise, and Equivalent Noise Bandwidth "1/f" NOISE The general characteristic of op amp current or voltage noise is shown in Figure 1 below. LOG f NOISE nV / √Hz or μV / √Hz e n , i n k F C Figure 1: Frequency Characteristic of Op Amp Noise At high frequencies the noise is white (i.e., its spectral density does not vary with frequency). This is true over most of an op amp's frequency range, but at low frequencies the noise spectral density rises at 3 dB/octave, as shown in Figure 1 above. The power spectral density in this region is inversely proportional to frequency, and therefore the voltage noise spectral density is inversely proportional to the square root of the frequency. For this reason, this noise is commonly referred to as 1/f noise . Note however, that some textbooks still use the older term flicker noise . The frequency at which this noise starts to rise is known as the 1/f corner frequency (F C ) and is a figure of merit—the lower it is, the better. The 1/f corner frequencies are not necessarily the same for the voltage noise and the current noise of a particular amplifier, and a current feedback op amp may have three 1/f corners: for its voltage noise, its inverting input current noise, and its non-inverting input current noise. The general equation which describes the voltage or current noise spectral density in the 1/f region is f 1F k ,i ,e C n n =, Eq. 1 where k is the level of the "white" current or voltage noise level, and F C is the 1/f corner frequency.

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