Curiously Low Noise 放大器利用 2SK117 JFET 出色的噪聲特性，其噪聲電壓低于 1 nV/root-Hz，幾乎沒(méi)有噪聲電流。放大器的噪聲電壓在 1 kHz 時(shí)僅為 1.4 nV/root-Hz，在 10 Hz 時(shí)增加到僅為 2.7 nV/root-Hz。噪聲電流很難測(cè)量，所以這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)用放大器也可以看到來(lái)自 50 歐姆電阻和 100k 電阻的噪聲。（使用 50 歐姆電阻而不是短路時(shí)，1.4 nV 輸入?yún)⒖荚肼晫⒃黾拥酱蠹s 1.7 nV，而 100k 電阻將提供接近 40 nV 的輸入?yún)⒖荚肼暎糯笃鞯呢暙I(xiàn)很小。）
    該放大器是增益為 100 的“實(shí)用”放大器，通常用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)置以增強(qiáng)微小信號(hào)以進(jìn)行測(cè)量或進(jìn)一步處理。它無(wú)意直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器或耳機(jī)。（它可以很好地驅(qū)動(dòng) LM386。）該電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的分立晶體管反饋電路，具有兩個(gè)增益級(jí)和一個(gè)獨(dú)特的 A 類(lèi)輸出緩沖器：

    2sk117 來(lái)自“BL”Idss 電流范圍，選擇用于接近 7 mA 的 Idss。調(diào)整漏極電阻以在漏極上實(shí)現(xiàn)約 4 伏，該值取決于 JFET 的 Idss。
    大多數(shù)電阻器并不重要，但顯示了精確值，因?yàn)殡娮杵鲬?yīng)該是金屬膜類(lèi)型以獲得最佳噪聲性能。顯示了近似的直流電壓以幫助選擇電阻器。偏離顯示的電壓會(huì)降低可用的輸出電壓擺幅，但對(duì)于較小的信號(hào)，放大器可能會(huì)正常工作。在觀察到失真之前，空載擺幅應(yīng)約為 6 伏特峰峰值，輸入約為 60 毫伏峰峰值。
    MPSA18 用作噪聲濾波器。此處需要高增益以保持基本濾波電容器的值合理，但可以通過(guò)將 10k 和 120k 降低 5 倍來(lái)代替 2N4401。濾波器仍將滾降來(lái)自上述 15 伏電源的噪聲電壓約 0.2 赫茲。但是有些電源可能真的很吵！
    0.1 uF 電容器用作旁路電容器，但主要用作固定元件的端子。這些是照片中看到的白色矩形。
    由于簡(jiǎn)單電路的開(kāi)環(huán)增益有限，選擇的反饋電阻器的增益恰好為 100，并且該值遠(yuǎn)高于預(yù)期的 1k。
    一個(gè)小電阻器與輸出串聯(lián)以確保穩(wěn)定性，并且該電阻器可以在驅(qū)動(dòng)較低電阻負(fù)載時(shí)稍微降低增益。設(shè)計(jì)人員可以選擇為特定負(fù)載（例如 75 歐姆）或高阻抗負(fù)載設(shè)置增益。該電路可以驅(qū)動(dòng)低于 100 歐姆的電阻，但擺幅會(huì)有所限制。可以省略 33 歐姆電阻而不會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題。（通常，此類(lèi)實(shí)用放大器會(huì)驅(qū)動(dòng)更高的電阻負(fù)載，通常為 600 歐姆或更高。）注意：為了讓您了解如何使用輸出電阻，我只是將我的裝置的串聯(lián)輸出電阻更改為 55 歐姆，并在驅(qū)動(dòng) 75 歐姆負(fù)載時(shí)將增益調(diào)整為 35 dB。空載增益在 40 dB 時(shí)正好高出 5 dB。這樣，無(wú)論是驅(qū)動(dòng) 75 歐姆樂(lè)器還是高阻抗設(shè)備，我都能獲得偶數(shù)增益。輸出緩沖器可以毫無(wú)問(wèn)題地驅(qū)動(dòng)總 125 歐姆負(fù)載，擺幅限制約為 3.5 伏，pp。
    輸出級(jí)是一種不尋常的自偏置布置，其中 PNP 將柵源電壓保持在接近 0.6 伏，使 JFET 在略低于其 IDss 的情況下運(yùn)行。選擇 2N5486 是為了不浪費(fèi)太多電流，但如果需要，更高的 Idss JFET 將提供更大的驅(qū)動(dòng)能力。
    輸入阻抗：47 兆歐（由偏置電阻設(shè)置），由 20 pF 分流
    輸出阻抗：36 歐姆，由串聯(lián)電阻加上來(lái)自電路的約 3 歐姆設(shè)置。上面提到的我的 55 歐姆電阻器提供了大約 58 歐姆的輸出 Z 和從空載到 75 歐姆的正好 5 dB 的增益損失。
    輸出電壓擺幅：6 伏峰峰值至高阻抗負(fù)載。
    增益：100 (40 dB) 由反饋電阻設(shè)置。可以為更寬的帶寬選擇更低的增益。
    頻率響應(yīng)：從低于 1 Hz 到高于 2 MHz 平坦。
    輸入噪聲：1.4 nV，在 10 Hz 時(shí)上升至 2.7 nV。到目前為止，噪聲電流無(wú)法測(cè)量，但它確實(shí)很低。通過(guò)在輸入端連接一個(gè) 97.3 k 電阻（100k 與 3.6 meg 并聯(lián)），噪聲電壓測(cè)量值在 40 nV dB 的微小部分內(nèi)，因此幾乎看不到噪聲電流。事實(shí)上，這個(gè)放大器和一個(gè)選定的電阻器構(gòu)成了一個(gè)固有的精確噪聲源。在輸入端連接一個(gè) 152k（在屏蔽盒中），您將在整個(gè)音頻頻譜（50 nV 乘以 100）中獲得精確的 5 uV/root-Hz 噪聲源。40 Hz 的快速測(cè)量在沒(méi)有連接的情況下給出 770 nV/root-Hz；預(yù)計(jì) 47 兆歐將貢獻(xiàn) 867 nV。這非常接近，但來(lái)自 FET 的噪聲電流仍然很小。
    為了獲得更好的性能，雙極級(jí)可以用低噪聲運(yùn)算放大器代替。輸入噪聲會(huì)下降一點(diǎn)點(diǎn)，可能下降到 1 nV，輸入電容也會(huì)下降一點(diǎn)，可能低于 10 pf。補(bǔ)償運(yùn)算放大器可能有點(diǎn)挑戰(zhàn)。
    這是另一個(gè)具有一些有趣功能的版本。有一個(gè)雙晶體管“強(qiáng)力”噪聲分流器，可以非常有效地清理電源，并且它可以與低至 1 歐姆的串聯(lián)電阻一起很好地工作。但如果有大量噪聲需要分流，則所需的直流電流會(huì)增加。與“精細(xì)”電路一樣，它只適用于消除隨機(jī)噪聲，比如來(lái)自三端穩(wěn)壓器的噪聲，并且會(huì)因大雜散或嗡嗡聲而過(guò)載。以下是它對(duì)與電源串聯(lián)插入的測(cè)試源（紅色）的作用：

    使用高增益晶體管以獲得最佳效果。普通晶體管會(huì)提供大約 30 dB 的抑制，但可能需要修改偏置電阻值以將電流增加到大約 30 mA，具體取決于需要分流的噪聲量。該電路具有出色的本底噪聲，因此從良好的電源開(kāi)始，噪聲將在個(gè)位數(shù)納伏。（Spice 認(rèn)為小于 1！）
    對(duì)于需要最小負(fù)載的特殊應(yīng)用，放大器包括反饋以將輸入電容自舉至較低值（約 4 pF）。該技術(shù)與源反饋相結(jié)合通常會(huì)導(dǎo)致某些源阻抗出現(xiàn)可怕的振鈴，但該放大器在最差值（約 30k）時(shí)只有 1dB 的峰值。運(yùn)行 LTSpice 仿真以查看各種輸入 R 值的響應(yīng)曲線（根據(jù)需要更改列表）。右鍵單擊 .step 參數(shù)命令將其注釋掉并將 {R} 更改為固定值，例如 1 歐姆，以便在單個(gè)源阻抗下測(cè)試放大器。噪聲剛好低于 1 nV/根赫茲。該放大器工作到 BCB 的底部，源阻抗高達(dá) 30k。目前這只是一個(gè) spice 實(shí)現(xiàn)——敬請(qǐng)期待。

    注意：我將 220 歐姆電阻的頂部直接連接到電源以減少 4.7 歐姆電阻上的壓降。如果額外的壓降不是問(wèn)題，則電路在 220 歐姆的頂部連接到 4.7 歐姆電阻器的右側(cè)時(shí)會(huì)稍微好一些。
    當(dāng)我說(shuō)“如果使用此電路，電源可能會(huì)很糟糕”時(shí)，我指的是隨機(jī)噪聲，比如來(lái)自 LM7815 三端穩(wěn)壓器（數(shù)百 nV/root-Hz）。這種噪聲分流器無(wú)法處理不受管制的來(lái)源或許多巨大的電源尖峰。無(wú)論存在什么噪聲都會(huì)在小電阻器中產(chǎn)生電流（假設(shè)電路正在工作）并且電路需要能夠分流該電流。在 30 mA 偏置下，電路可以處理大約 +- 25 mA 信號(hào)，因此上述帶有 4.7 ohm 電阻器的電路可以處理略低于 250 mV pp 的信號(hào)。將電阻器降至 1 ohm，限制更接近 50 mV pp，完全在預(yù)期范圍內(nèi)對(duì)于三端穩(wěn)壓器，但不能消除太多紋波或大瞬變。