图2 信号增益与噪声增益
现在请看图2所示的基本运算放大器增益电路。如果运算放大器接成反相放大器(接B 端)， 同相输入端接地，将信号加到电阻Ri的自由端，那么这时增益为-Rf/Ri。反之，如果运算放大器接成同相放大器(接A端)，把信号加到同相输入端，并且电阻Ri的自由端接地，那么增益为(1+Rf/Ri)。
放大器本身的电压噪声总是以同相放大器的方式被放大。所以当运算放大器接成信号增益为 G的反相放大器时，其本身的电压噪声仍以噪声增益(G+1)被放大。对于精密衰减的情况(G＜ 1)，这种特性可能会出现疑问。这种情况一个常见的实例是有源滤波电路，其中阻带增益可能很小，但阻带噪声增益至少为1。
只有放大器输入端产生的电压噪声和放大器同相输入端电流噪声流过该输入端的任何阻抗所产生的噪声(例如，偏置电流补偿电阻产生的噪声)才以噪声增益被放大。而电阻Ri产生的噪声(不论是热噪声还是由反相输入端噪声电流引起的电压噪声)以与输入信号相同的方法被放大G倍，但反馈电阻Rf产生的热噪声电压却没有被放大而以单位增益被缓冲送到输出端。
问：什么是“爆米花”噪声?
答：在20多年前人们曾花了很大的精力研究这个“爆米花”噪声(“popcorn” noise)问题，它是一种偶然出现的典型低频噪声，表现为失调电压低幅度(随机)跳变。当通过扬声器讲话时，这种噪声听起来好像炒玉米花的声，由此而得名。
在没有形成集成电路工艺时，根本不存在这个问题，“爆米花”噪声是由集成电路表面工艺问题(如沾污)所致。当今对其产生原因已完全清楚，再不会有一个著名的运算放大器制造厂家会出现因产生“爆米花”噪声而成为用户关心的主要问题。
问：峰峰噪声电压是使我能知道噪声究竟是否有问题的最方便的方法。但是为什么放大器制造厂家不愿用这种方法来规定噪声呢？
图3 峰峰值大于规定噪声峰峰值概率
答：正如前面所指出的，因为噪声一般服从高斯分布。对于高斯分布来说，噪声最大值的说法是没有意义的，即只要你等待足够长的时间，理论上可超过任何值。另外， 实际上常用噪声有效值这一概念。在某种程度上，它是一种不变量，即应用这种噪 声的高斯概率分布曲线我们可以预测大于任何给定值噪声的概率。假设给定噪声源有效值为 V，由于噪声电压任何给定值的概率都服从高斯分布，所以可以得到：噪声电压大于2 V峰峰值的概率为32%，大于3 V则为13%，依此类推，如图3所示。
如果我们使用噪声峰峰值出现的概率来定义峰峰值，那么使可采用峰峰值这项技术指标，但使用有效值更合适，因为它容易测量。当规定峰值噪声电压时，它常常为6.6倍有效值(即6.6×rms)，它出现的时间概率小于0.1%。
问：如何测量通常规定带宽(0.1～10 Hz)范围内低频噪声的有效值?这一定要花费很长的时间。生产过程时间不是很宝贵的吗?
答：时间确实很宝贵。虽然在表征器件的特性期间进行许多精细的测量是很必要的，但以后在生产过程测量其有效值就不必花费那么多的时间。我们采用的方法是，在1/f 区域很低的频率(低至0.1～10 Hz)范围内，在1至3倍30 s周期范围内测量其峰值，而且它肯定低于某个规定值。理论上这虽然不是令人满意的好方法，因为某些好器件可能被排除，而且还有些噪声会被漏检，但实际上在可能做到的测试时间范围内这是一种最好的方法。而且如果它接近合适的阈值极限，那么这也是一种可接受的方法。从保守的眼光看来，这是测量噪声的 可靠方法。不符合最高等级标准的那些器件仍然可以按照符合这项指标等级的器件来销售。
问：你还遇到过运算放大器其它噪声影响吗?
答：有一种常遇到的噪声影响，它通常表现为运算放大器噪声产生的失码现象。这种严重影响可能是由于模数转换器(ADC)的输入阻抗调制引起的。下面看一下这种影响是如何产生的。
许多逐次逼近式ADC都有一定的输入阻抗，它受转换器时钟的调制。如果用一种精密运算放大器来驱动这种ADC，而且运算放大器的带宽比时钟频率低得多，那么这个运算放大器便不能产生充足的反馈为ADC的输入端提供一个非常稳定的电压源，从而可能出现失码。一般 地，当使用OP07这类运算放大器来驱动AD574时就会出现这种问题。
解决这个问题的办法是，使用频带足够宽的运算放大器以便在ADC时钟频率影响下仍具有低输出阻抗，或者选用内部含有输入缓冲器的ADC，或者选用输入阻抗不受其内部时钟调制的ADC(许多采样ADC都没有这个问题)。在运算放大器能够稳定地驱动容性负载，而且其系统带宽减小是不重要的情况下，在ADC输入端加一个旁路去耦电容完全可以解决这个问题。
本文关键字：放大器 运算放大器，单元电路 - 运算放大器
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