Перейти к содержанию

Шумовое усиление

Шумовое усиление — коэффициент, с которым каскад на операционном усилителе усиливает напряжение, приложенное ко входу самого ОУ: его смещение нуля и шум. Именно оно, а не усиление сигнала, определяет полосу пропускания и постоянную ошибку каскада.

Обновлено Редакция GAW

Шумовое усиление (noise gain) — коэффициент, с которым каскад на операционном усилителе передаёт на выход напряжение, действующее непосредственно на входе ОУ: напряжение смещения нуля, шум входного каскада. Для схем с резисторами R1 (на вход) и R2 (обратная связь):

Gшум=1+R2R1G_\text{шум} = 1 + \frac{R_2}{R_1}

У неинвертирующего усилителя шумовое усиление совпадает с сигнальным, у инвертирующего — нет: сигнальное равно −R2/R1, а шумовое по-прежнему 1 + R2/R1.

Что от него зависит

  • Полоса. Каскад держит заданное усиление, пока оно меньше собственного усиления ОУ, и полоса примерно равна произведению усиления на полосу, делённому на шумовое усиление. Поэтому повторитель (шумовое усиление 1) — самый широкополосный каскад, а инвертор с K = −1 (шумовое усиление 2) имеет вдвое меньшую полосу.
  • Постоянная ошибка. Смещение нуля попадает на выход умноженным на шумовое усиление: LM358 с типичными 3 мВ в каскаде с шумовым усилением 101 даёт около 0,3 В ошибки.
  • Устойчивость. Чем меньше шумовое усиление, тем больше петлевое усиление и тем ближе каскад к возбуждению; некоторые ОУ устойчивы только при шумовом усилении от 2–5.
КаскадСигнальное усилениеШумовое усилениеПолоса при GBW 1 МГц
Повторитель11около 1 МГц
Инвертор−12около 500 кГц
Неинвертирующий1010около 100 кГц
Инвертирующий−1011около 91 кГц

Подробнее о каскадах на ОУ — в статье «Операционный усилитель».

Частые вопросы

Чем шумовое усиление отличается от сигнального?

Сигнальное — во сколько раз каскад усиливает входной сигнал: у инвертирующего усилителя это −R2/R1, у неинвертирующего 1 + R2/R1. Шумовое — во сколько раз усиливается напряжение, приложенное прямо ко входу ОУ, — оно в обоих случаях равно 1 + R2/R1. Для неинвертирующего каскада они совпадают, для инвертирующего — нет.

Почему инвертор с усилением −1 вдвое медленнее повторителя?

Полоса каскада примерно равна GBW, делённому на шумовое усиление. У повторителя шумовое усиление 1, у инвертора с K = −1 — 1 + 1 = 2. Поэтому при одинаковом модуле усиления инвертор имеет вдвое меньшую полосу. Каскад с K = −10 имеет шумовое усиление 11 и полосу GBW / 11.

Как шумовое усиление влияет на постоянную ошибку?

Напряжение смещения нуля ОУ попадает на выход умноженным на шумовое усиление — одинаково в инвертирующем и неинвертирующем включении. LM358 с типичным смещением 3 мВ в каскаде с шумовым усилением 101 даёт на выходе около 0,3 В ошибки.

Источники

  1. Analog Devices. MT-033: Voltage Feedback Op Amp Gain and Bandwidth — шумовое усиление и полоса с обратной связью
  2. Texas Instruments. LM358, LM358A, LM358B, LM358BA, LM2904x: Industry-Standard Dual Operational Amplifiers (SLOS068AB) — GBW 0,7 МГц при 5 В; смещение 3 мВ тип., 7 мВ макс.

Нашли ошибку?

Смотрите также