Перейти к содержанию

Спектральная плотность шума

Шум операционного усилителя в даташите задают не в вольтах, а в нановольтах на корень из герца. Так его можно пересчитать для любой полосы частот и сравнить усилители между собой.

Обновлено Редакция GAW

Спектральная плотность шума — шум, приходящийся на полосу шириной 1 Гц. Для операционных усилителей её приводят отдельно для шума напряжения (en, нВ/√Гц) и шума тока (in, пА/√Гц или фА/√Гц). Единица «на корень из герца» появляется потому, что мощность шума пропорциональна полосе, а напряжение — корню из мощности.

Чтобы получить действующее значение шума в своей полосе B, плотность умножают на √B:

Uш≈en⋅BU_\text{ш} \approx e_n \cdot \sqrt{B}

Для звуковой полосы 20 кГц √B ≈ 141, и шум на входе составит:

ОУen на 1 кГцШум в полосе 20 кГцin на 1 кГц
NE55325 нВ/√Гцоколо 0,7 мкВ0,7 пА/√Гц
TL07237 нВ/√Гцоколо 5,2 мкВ10 фА/√Гц

Это оценка для белого шума: на низких частотах плотность растёт — у NE5532 на 30 Гц уже 8 нВ/√Гц. Шум на выходе равен входному, умноженному на шумовое усиление схемы.

К шуму напряжения добавляется шум тока на сопротивлении источника in · R и собственный тепловой шум этого сопротивления. Поэтому малошумящий по напряжению NE5532 выигрывает на низкоомных источниках, а TL072 с крошечным шумом тока — на высокоомных: сравнение и выбор — в карточке NE5532 и TL072. Похожая логика у постоянной ошибки от входного тока.

Частые вопросы

Как перевести нВ/√Гц в вольты?

Умножить на корень из полосы частот. Для звуковой полосы 20 кГц корень — около 141, и NE5532 с плотностью 5 нВ/√Гц даёт на входе около 0,7 мкВ шума, TL072 с 37 нВ/√Гц — около 5,2 мкВ. Это приближение для белого шума: на низких частотах плотность растёт.

Почему шум указывают на частоте 1 кГц?

Потому что плотность шума зависит от частоты: на низких частотах она растёт — у NE5532 8 нВ/√Гц на 30 Гц против 5 на 1 кГц. Значение на 1 кГц удобно для сравнения усилителей звукового диапазона, а для точного расчёта смотрят график плотности шума в даташите.

Что такое шум тока?

Шумовая составляющая входного тока, в пА/√Гц. Протекая через сопротивление источника, она даёт шумовое напряжение iₙ · R. У NE5532 шум тока 0,7 пА/√Гц, и на источнике около 7 кОм он сравнивается с шумом напряжения; у TL072 — 10 фА/√Гц, поэтому на высокоомных источниках он тише.

Источники

  1. Texas Instruments. NE5532x, SA5532x Dual Low-Noise Operational Amplifiers (SLOS075K, revised December 2025) — шум напряжения 5 нВ/√Гц на 1 кГц и 8 нВ/√Гц на 30 Гц; шум тока 0,7 пА/√Гц на 1 кГц
  2. Texas Instruments. TL07xx Low-Noise FET-Input Operational Amplifiers (SLOS080W, revised July 2025) — шум напряжения 37 нВ/√Гц на 1 кГц и 21 нВ/√Гц на 10 кГц; шум тока 10 фА/√Гц

Нашли ошибку?

Смотрите также