Параллельное включение вдвое уменьшает шум усилителя с автоподстройкой нуля

Усилители с автоподстройкой нуля имеют почти нулевой дрейф и входное напряжение смещения от 1 до 20 мкВ. В чувствительных схемах, таких как усилители постоянного тока и интеграторы, требующие обработки напряжений от 10 мкВ до 1 мВ, начальное напряжения смещения таких усилителей можно компенсировать. Однако полная компенсация до смещения 0 В является иллюзией, поскольку остаточный низкочастотный шум все равно присутствует на выходе любого усилителя с автоподстройкой нуля.

Низкочастотный шум усилителя с автоподстройкой нуля AD8630 компании Analog Devices составляет 5 мкВ пик-пик в полосе частот от 0.1 до 10 Гц. Если для приложения требуется нулевой дрейф и низкий выходной шум, можно использовать схему, показанную на Рисунке 1. Счетверенный усилитель с автоподстройкой нуля обеспечивает усиление, почти равное 1000. Цепочка, состоящая из резисторов R₃, усредняет выходные сигналы этих усилителей, формируя конечное выходное напряжение.

Рисунок 1.	Эту схему можно использовать в приложениях, требующих нулевого дрейфа и низкого выходного шума.

Четыре резистора R₃ можно заменить интегрированной сборкой, имеющей один общий вывод. Резисторы R₁ и R₂ должны быть высококачественными прецизионными пленочными устройствами с допусками 0.5% или меньше. Допускаемые отклонения сопротивлений резисторов R₃ не должны превышать 1%. В основе снижения выходного шума схемы по сравнению с одиночным усилителем микросхемы IC₁ лежит принцип усреднения сигналов, содержащих одну и ту же детерминированную составляющую случайного шума. Если предположить, что усилители микросхемы IC₁ представляют собой независимые или некоррелированные источники шума, подчиняющегося распределению Гаусса, то стандартное отклонение среднего значения выходных шумов двух секций равно:

где σ_X и σ_Y – стандартные отклонения шумовых сигналов на выходах соответствующих отдельных усилителей. Если σ_X = σ_Y – предположение, которое можно сделать без колебаний, поскольку операционные усилители находятся на одном кристалле, – тогда:

Усреднение для четырех усилителей дает:

Если значение выходного сопротивления съемы, составляющее примерно R₃/4 ≈ 38 Ом, слишком велико для конкретного приложения, между выходной клеммой и следующим каскадом можно включить повторитель напряжения.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices AD8630