电源纹波与噪声测试 1000倍低噪声放大电路

为了达到最佳性能，布局比较奇怪，制作使用时，必须额外焊接5个原理图与PCB中并未绘制的器件：

1、第一级运放输入与SMA输入端口之间除了要焊接已绘制的0.1uF薄膜电容，还需要在PCB底面的0.1uF薄膜电容焊盘位置焊接47uF无极电解电容

*必须使用无极电解电容，否则无法测试负电源

2、第一级运放输出与第二级运放输入之间，即OPA1612的1脚和5脚之间需要直接在PCB顶面跨接4.7uF薄膜电容

*第一级的截止频率 = 1/(2π*10kΩ*(47uF+0.1uF))≈0.339Hz；第二级的截止频率 = 1/(2π*100kΩ*4.7uF)≈0.339Hz；选取47uF无极电解电容与4.7uF薄膜电容是为了确保两级运放截止频率相近且足够低，如果选用不同容值的电容，注意两级截止频率相近即可

3、PCB底面的VCC焊盘与GND焊盘 (SMA输入端口所在位置的三个GND焊盘都行) 之间需要焊接一个耐压不低于9V且容量不小于100uF的电解电容，请注意电容极性

4、同上，PCB底面的VEE焊盘与GND焊盘之间也需要焊接一个耐压不低于9V且容量不小于100uF的电解电容，请注意电容极性，我使用的是470uF/16V电解电容

5、VCC、VEE、GND三个焊盘需要焊接9V电池扣线 (或者电池盒也行)，注意两个9V电池是串联关系，串联节点为GND

注意事项：

1、使用放大电路时，请先通电 (插上两个9V电池) 再接入待测电源

2、放大电路通电后，务必先让放大电路与关机状态的待测电源连接，然后再开启待测电源输出 (而不是让已开启输出的待测电源突然与放大电路输入连接)，以避免0.1uF薄膜电容与47uF无极电解电容充电瞬间的大电压损坏运放，我有一次没注意就弄坏了

3、待测电源与放大电路的SMA输入端口之间的连线越短越好，可以自制类似实际使用测试部分图中所示的电源输出端口到SMA端口转接头

4、待测电源幅度请勿超过47uF无极电解电容耐压值，我使用的是的Nichicon MUSE BP UES1E470MPM (47uF/25V) 电容，为安全考虑，不建议测试超过20V的电源

放大电路性能测试：

1、伯德图 (幅频响应、相频响应) ：实测放大电路增益约为59dB (900倍电压放大倍数)，3dB带宽约为1.62MHz (此时增益约为56dB)

理论计算：两级级联的放大电路中单级放大带宽 = 1.62MHz/(√(√2-1)) ≈ 2.52MHz，

                 单级增益以31倍计算，实测增益带宽积 = 2.52MHz*31 = 78.12MHz，

                 实测增益带宽积 (78.12MHz) 与OPA1612在高增益下的理论增益带宽积 (80MHz) 接近

2、噪声测试：图1为示波器底噪 (示波器不接任何东西)，图2为放大电路底噪 (接入双9V电池，SMA输入端口接短路件，SMA输出端口接示波器)，

实测放大器输入噪声 ≈ 2.5379mVrms/1000 = 2.5379uVrms

理论计算：第一级对地电阻 (20Ω) 热噪声 ≈ 0.57nV/√HZ ，OPA1612 电压噪声密度 ≈ 1.1nV/√HZ ，总噪声密度 = √(1.1^2+0.57^2)  ≈ 1.24nV/√HZ，

                 放大电路带宽以实测的1.62MHz计算，理论噪声密度 = 1.24*√(1620000*1.57) ≈ 1.98uVrms，

                 实测放大器输入噪声 (2.5379uVrms) 与理论噪声密度 (1.98uVrms) 接近

实际使用测试：

使用该放大电路测试一LM317线性电源输出 (该电源结构：工频变压器→肖特基整流桥→9400uF滤波电容→LM317→直流12V输出)

图2：放大电路已接入双9V电池，输入端接LM317输出 (关机状态)，输出端接示波器的波形

图3：放大电路已接入双9V电池，输入端接LM317输出 (开机状态)，输出端接示波器的波形

实测LM317线性电源噪声 = √(55.748^2-44.98^2) ≈ 32.934uVrms

实测LM317噪声 (32.934uVrms) 小于理论LM317噪声 (0.003%*12V = 360uVrms)