以前在TI presisionlabs運(yùn)放課程中，學(xué)到了一個低增益放大器如何有效降低噪聲的方法，或者說回授電容Cf什么時候?yàn)V波最有效。但是當(dāng)時一直都沒有弄明白原理，反復(fù)看過好多次。直到最近在我做的電路里面，有一個一倍、低增益反相放大器，正好想起來了這個降噪的竅門，也終于弄懂了。這里就簡單整理下它的原因：我自己搭建電路實(shí)際做了仿真，有數(shù)據(jù)對比。

首先看下結(jié)論，低增益放大器中Cf的濾波效果，并沒有高增益的好。低增益放大器最有效的濾波是增加外部濾波器，如RC或者有源低通濾波器。從圖1中可以了解原理。理解這個結(jié)論的重點(diǎn)是，需要記住噪聲就是運(yùn)放噪聲譜密度對帶寬的積分，也就是求面積。那么帶寬的面積越大，則噪聲越大。對比高低增益放大器，Cf在低增益時減小面積的比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高增益，所以Cf在低增益放大器時濾波器效果很有限。

圖1 回授電容在高低增益電路中的帶寬對比

下面我們看下仿真數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)可以更直觀的展示低增益放大器如何濾波更有效，參見表1。可知，低增益放大器用Cf濾波效果遠(yuǎn)沒有后級RC濾波效果更好(運(yùn)放的增益帶寬積越大越明顯)，高增益時候差距就很小了，所以這時用簡單的Cf濾波即可。

增益Cf濾波(uVrms)后級RC濾波(uVrms)

2倍26.14613.597

6倍32.77226.121

表1 不同增益不同濾波方法的效果對比

表1數(shù)據(jù)的仿真電路參見圖2和圖3。噪聲仿真的注意事項(xiàng)有兩個，第一，是先要驗(yàn)證電路是否正常，所以先時域仿真。我這里帶寬約為159Khz，所以施加0.2Vpp峰峰值、15KHz的正弦波信號驗(yàn)證電路，結(jié)果參見圖4，說明電路正常。第二，噪聲積分的截止頻率至少要高于信號頻率的10倍，這樣仿真出來的結(jié)果才更準(zhǔn)確，因?yàn)樗袨V波器都不是理想的，不是磚墻型的。

圖2 通過Cf濾波的仿真電路

圖3 通過外置RC濾波器的濾波電路

圖4 時域仿真檢查電路是否正常

最后我們再開環(huán)仿真看看，這樣才能知道為何低增益放大器外置濾波器濾波效果更好的原因，參見表2，從中可知，低增益放大器用后級RC濾波方式，Aol曲線與1/β曲線交點(diǎn)頻率更低，低到了使用Cf濾波的約1/8，顯然這樣積分面積更小!仿真電路和結(jié)果參見圖5和圖6。

低增益放大器濾波方式Aol曲線與1/β曲線相交頻率

Cf濾波3.98MHz

后級RC濾波585KHz

表2 低增益放大器不同濾波方式的Aol與1/β相交頻率

圖5 Cf-低增益放大器開環(huán)仿真

圖6 后級RC-低增益放大器開環(huán)仿真

本文整理了低增益放大器使用Cf濾波方式，遠(yuǎn)沒有后級濾波更有效。當(dāng)然，后級濾波也會有一些其他問題，以圖6增加后級RC為例，這樣電路的輸出阻抗會增大等。實(shí)際應(yīng)用中，低增益放大器即使增加后級濾波器，Cf也要有的，可以小一點(diǎn)比如5pf，或者預(yù)留，防止穩(wěn)定性問題。