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(2012-07-11 11:02:13)
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杂谈 |
放大器干扰、噪声抑制和自激振荡的消除
赵红梅， 米启超
(平顸山工学院，河南平顶山467001)
[摘 要] 阐述了一般放大器干扰、噪声和自激振荡产生的原因，并介绍了抑制干扰、噪声，消除自激
振荡的方法
[关键词] 放大器；干扰；噪声抑制；自激振荡
[中图分类号] (3453 [文献标识码]A [文章编号]1008—521l(2002)05—0033—03
模拟电子技术实验教学中，放大器的调试是最基本的一项内容．放大器的调试一般包括调整和测量静态工作点，
调整和测量放大器的性能指标：放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带等 由于放大电路是一种弱电系统，具有很高
的灵敏度，因此很容易接受外界和内部一些无规则信号的影响．也就是在放大器的输入端短路时，输出端仍有杂乱无
规则的电压输出，利用示波器或扬声器就可察觉到．这就是放大器的噪声或干扰电压．如果这些干扰和噪声的大小
和有用信号相近时，那么在放大器的输出端有用信号将可能被淹没，或者有用分量和干扰噪声分量将难以分辨而妨碍
对有用信号的观察和测量．另外，由于安装、布线不合理，负反馈移相以及各级放大器共享一个直流电源造成级问耦
合等，也能使放大器没有输入信号时，有一定幅度和频率的电压输出，例如收音机的尖叫声或“突突⋯ ⋯”的汽船声，这
就是放大器发生了自激振荡．噪声、干扰和自激振荡的存在都妨碍了对有用信号的观察和测量，放大器增益越高，这
种现象越突出，严重时放大器将不能正常工作．所以必须抑制干扰、噪声和消除自激振荡，才能进行正常的调试和测
量．而放大器的研究、发展过程其实就是不断研究抑制干扰、噪声和消除自激振荡的过程．
1 噪声及其减小抑制
1．1 放大器中的噪声
放大器中的噪声是放大器中各元件(包括管子、电阻等)内部载流子的不规则热运动所造成的，主要是电路中的电
阻热噪声和三极管内部噪声，它实际上是杂乱的无规则的变化电压或电流．
1．1．1 电阻的热噪声：任何电阻(导体)即使不与电源接通，它的两端仍有电压，这种由于导体中组成传导电流的自由
电子无规则的热运动而引起的，因此，某一瞬时向一个方向运动的电子有可能比向另一个方向运动的电子数目多，即
在任何时刻通过导体每个截面的电子数目的代数和是不等于零的．这一电流流经电路就产生一个正比于电路电阻的
电压．这种由于电子无规则的热运动而产生的随时间而变化的噪声电压，称为热噪声电压．
1．1．2 三极管的噪声：当有电流流过半导体三极管时，就会产生噪声．这种噪声比电阻元件的起伏噪声大得多，所以
对放大器的影响更为重要．三极管的噪声来源有3种：uI J
1．1．2．1 热噪声：由于载流子不规则的热运动所产生，主要存在于半导体管内的体电阻，与电阻元件热噪声性质类
似，温度越高，噪声越大．
1．1．2．2 散粒噪声：通常所说的三极管中的电流，只是一个平均值，实际上通过发射结注入到基区的载流子数目，在
各个瞬时都不相同，因而引起发射极电流或集电极电流有一个无规则的波动，便形成了散粒噪声．
1．1．2．3 颤动噪声：管子产生颤动噪声的原因现在还不十分清楚，但被设想为载流子在晶体表面的产生和复合所引
起，因此与半导体材料本身及工艺水平有关．这种噪声与频率成反比，所以也叫做1／f噪声．在低频时，管子的噪声主
要由它决定．对于电阻元件的噪声，绕线电阻最小，碳膜电阻最大．
1．2 减小噪声的措施
1．2．1 合理设置放大器通频带：在保证有用信号能够不失真放大的条件下，应尽量减小放大器的通频带和输入电阻，
以使噪声电压限制在一定的范围之内．
1．2．2 选用低噪声的元器件：在设计低噪声放大器时，宜选用低噪声的场效应管FET或CMOSFET代替普通三极管
BJT．电阻应尽可能选用绕线式电阻或金属膜电阻．
[收稿日期] 2002—03—20
[作者简介] 赵红梅(1972一)，女，河南省平顶山人，平顶山工学院计算机工程系助教
维普资讯 http://www.cqvip.com
· 34 · 平顶山师专学报 2002年
1．2．3 选用合适的放大电路：放大电路的第一级首选由BJT或FET组成的差动放大电路．当要求更高时可在低噪
声运放电路前加上一个高稳定、低噪声的共源一共基串接的前置差分放大电路．
2 放大器中的干扰及其抑制
干扰是外界因素对放大器中各部分的影响所造成的，例如通过电源进来的50}k交流电压，放大器周围存在的发
电机、电动机及气体放电器件等的杂散电磁场，以及放大器有机械振动时等都可能在输出端出现干扰电压．
2．1 放大器中的干扰
2．1．1 杂散电磁场干扰：放大器周围存在杂散电磁场时，放大器的输入电路或某些重要元件处于这种变动的电场和磁
场中，就会感应出干扰电压．对于一个放大倍数比较高的放大器来说，只要第一级引进一点微弱的干扰电压，经过各级
的放大，放大器的输出端就有一个较大的干扰电压．所以干扰电压可由磁感应或静电感应产生．[2]
2．1．2 由于接地点安排不正确而引起的干扰：实验过程中，对于多级放大器经常会由于接地点安排不当，在输入级引
起微弱的线路阻抗等附加电压(称为寄生反馈电压)，经多级放大后，严重损坏输出电压波形．
2．1．3 由于电子设备的共同端没有正确连接而产生的干扰．
2．1．4 由于直流电源电压波动引起的干扰．
2．1．5 由于交流电源串人的干扰：当交流电网的负载突变时(如电机的起动和制动)，在负载突变处交流电源线与地
之f可将产生高频干扰电压．这个电压引起的高频电流将通过直流稳压电源、放大器及放大器与地之间的分布电容，经
过地线再返回负载突变处组成回路，这样就构成了对放大器的高频干扰．
实验中放大器的干扰与三极管的噪声是非常普遍的．其频率如果是50 l_k(或100 Hz)，一般称为50}k交流声，
有时是非周期性的，没有一定规律．50 Hz交流声大都来自电源变压器或交流电源线，100 Hz交流声往往是由于整流
滤波不良造成的．另外，由电路周围的电磁波干扰信号以及电路中的地线接的不合理引起的干扰电压也是常见的
． 由
于放大器的放大倍数很高(特别是多级放大器)，只要在它的前级引起一点微弱的干扰，经过几级放大，在输出端就可
以产生一个很大的干扰电压．
2．2 抑制干扰的措施
2．2．1 合理布线：放大器输入回路的导线和输出回路、交流电源的导线要分开，不要平行铺设或捆扎在一起， 以免相
互感应．
2．2．2 屏蔽：小信号的输入线可以采用具有金属丝外套的屏蔽线，外套接地．整个输入级用单独金属盒罩起来，外罩
接地．电源变压器的初、次级之间加屏蔽层．电源变压器要远离放大器前级，必要时可以把变压器也用金属盒罩起
来，以利隔离．
2．2．3 滤波：为防止电源串人干扰信号，可在交(直)流电源线的进线处加滤波电路．如图1(a)、(b)、(c)所示的无源
L tl
(a) (b) (c) (d)
图1 干扰和噪声四种滤波电路
滤波器可以滤除天电干扰(雷电等引起)和工业干扰(电机、电磁铁等设备起、制动时引起)等干扰信号
， 而不影响50 Hz
电源的引入．图中电感、电容元件，一般L为几
一几十mH，C为几千 ．图1(d)中的阻容串
联电路对电源电压的突变有吸收作用，以免其
进入放大器．R和C的数值可选100 Q和2“F
左右．
2．2．4 共点接地：在各级放大电路中，如果接
地点安排不当，也会造成严重的干扰．例如，在
图2中，同一台电子设备的放大器，由前置放大
级和功率放大级组成．当接地点如图中实线所
示时，功率级的输出电流是比较大的，此电流通
过导线产生的压降，与电源电压一起，作用于前
直
流 ． 澍一
： ．·’ ： ： l
!§．．· i i
．．．⋯ ⋯ ． · ’．
： ‘
图2 接地点不同对干扰和噪声的影响
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第5期 赵红梅，米启超：放大器干扰、噪声抑制和自激振荡的消除 ·35·
置级，引起扰动，甚至产生振荡．还因负载电流流回电源时，造成机壳(地)与电源负端之间EgE,波动，而前置放大级的
输入端接到这个不稳定的“地”上，会引起更为严重的干扰．如将接地点改成图中虚线所示，则可克服上述弊端．
2．2．5 直流电源应采用高精度直流稳压电源供电
3 自激振荡及其消除
3．1 自激振荡的产生和特点
3．1．1 自激振荡的产生：放大器增益过高，多级放大器负反馈网络产生的附加相移，电路分布电容等都影响放大器工
作的稳定性，而产生的振荡现象称为自激振荡．这时不加任何输入信号，放大器也会产生一定频率的信号输出．放大
器性能指标和自激振荡的克服是一对矛盾．
3．1．2 自激振荡的特点：自激振荡和噪声的区别是，自激振荡的频率一般为比较高或极低的数值，而且频率随着放大
器元件参数不同而改变(甚至拨动一下放大器内部导线的位置，频率也会改变)，振荡波形一般是比较规则的，幅度也
比较大，往往使三极管处于饱和和截止工作状态，使输出信号严重失真．检查放大器是否发生自激振荡，可以把输入
端短路，用示波器(或毫伏表)接在放大器的输出端进行观察．
3．2 自激振荡的消除
3．2．1 电路安装合理布局：高频自激振荡主要是由于安装、布线不合理引起的．例如输入和输出线靠的太近，产生正
反馈作用．对此应从安装工艺方面解决，如元件布置紧凑，接线要短等．也可以用一个小电容(例如左右)一端接地，
另一端逐级接触管子的输入端，或电路中合适部位，找到抑制振荡的最灵敏的一点(即电容接此点时，自激振荡消失)，
在此处外接一个合适的电阻电容或单一电容(一般由试验决定)，进行高频滤波或负反馈，以压低放大电路对高频信号
的放大倍数或移动高频电压的相位，从而抑制高频自激振荡，如图3所示．
UCC
图3 高频滤波或负反馈抑制高频振荡 图4 去耦电路消除低频振荡
3．2．2 用去耦电路消除内阻引起的寄生反馈：低频自激振荡是由于各级放大电路共用一个直流电源所引起的．如图
6所示，因为电源总是有一定的内阻Ro，特别是电池用的时间过长或稳压电源质量不高，使得内阻Ro比较大时，则会
引起U cc处电位的波动，U CC的波动作用到前级，使前级输出电压相应变化，经放大后，使波动更厉害，如此循环，就
会造成振荡现象．最常用的消除办法是在放大电路各级之间加上“去耦电路”如图4中的R和C，从电源方面使前后
级减小相互影响．R的值一般为几百n，C的值一般选几十 或更大一些．
3．2．3 牺牲增益，控制负反馈放大器的级数：或接入“相移校正网络”(一般运放都带有频率校正端子)．
[ 参考文献]
[I] 童诗白．模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，1988．
[2] 康华光．模拟电子技术[M]．北京：高等教育出版社，1999．
On removing the interferences& noise restraint and automatic oscillation of the amplifier
ZHAO Hong—mei ， MI Qi—chao
(Pingdingshan Institute Of Technology，Pingdingshan，Henan 467001，China)
Abstract： The article elaborates the causes of the existence Of interference．noise restraint and automat—
ic oscillation Of the amplifier and introduces the methods of removing them．
Key words： am plifier；interference& noise restraint；automatic oscillation
维普资讯 http://www.cqvip.com
赵红梅， 米启超
(平顸山工学院，河南平顶山467001)
[摘 要] 阐述了一般放大器干扰、噪声和自激振荡产生的原因，并介绍了抑制干扰、噪声，消除自激
振荡的方法
[关键词] 放大器；干扰；噪声抑制；自激振荡
[中图分类号] (3453 [文献标识码]A [文章编号]1008—521l(2002)05—0033—03
模拟电子技术实验教学中，放大器的调试是最基本的一项内容．放大器的调试一般包括调整和测量静态工作点，
调整和测量放大器的性能指标：放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带等 由于放大电路是一种弱电系统，具有很高
的灵敏度，因此很容易接受外界和内部一些无规则信号的影响．也就是在放大器的输入端短路时，输出端仍有杂乱无
规则的电压输出，利用示波器或扬声器就可察觉到．这就是放大器的噪声或干扰电压．如果这些干扰和噪声的大小
和有用信号相近时，那么在放大器的输出端有用信号将可能被淹没，或者有用分量和干扰噪声分量将难以分辨而妨碍
对有用信号的观察和测量．另外，由于安装、布线不合理，负反馈移相以及各级放大器共享一个直流电源造成级问耦
合等，也能使放大器没有输入信号时，有一定幅度和频率的电压输出，例如收音机的尖叫声或“突突⋯ ⋯”的汽船声，这
就是放大器发生了自激振荡．噪声、干扰和自激振荡的存在都妨碍了对有用信号的观察和测量，放大器增益越高，这
种现象越突出，严重时放大器将不能正常工作．所以必须抑制干扰、噪声和消除自激振荡，才能进行正常的调试和测
量．而放大器的研究、发展过程其实就是不断研究抑制干扰、噪声和消除自激振荡的过程．
1 噪声及其减小抑制
1．1 放大器中的噪声
放大器中的噪声是放大器中各元件(包括管子、电阻等)内部载流子的不规则热运动所造成的，主要是电路中的电
阻热噪声和三极管内部噪声，它实际上是杂乱的无规则的变化电压或电流．
1．1．1 电阻的热噪声：任何电阻(导体)即使不与电源接通，它的两端仍有电压，这种由于导体中组成传导电流的自由
电子无规则的热运动而引起的，因此，某一瞬时向一个方向运动的电子有可能比向另一个方向运动的电子数目多，即
在任何时刻通过导体每个截面的电子数目的代数和是不等于零的．这一电流流经电路就产生一个正比于电路电阻的
电压．这种由于电子无规则的热运动而产生的随时间而变化的噪声电压，称为热噪声电压．
1．1．2 三极管的噪声：当有电流流过半导体三极管时，就会产生噪声．这种噪声比电阻元件的起伏噪声大得多，所以
对放大器的影响更为重要．三极管的噪声来源有3种：uI J
1．1．2．1 热噪声：由于载流子不规则的热运动所产生，主要存在于半导体管内的体电阻，与电阻元件热噪声性质类
似，温度越高，噪声越大．
1．1．2．2 散粒噪声：通常所说的三极管中的电流，只是一个平均值，实际上通过发射结注入到基区的载流子数目，在
各个瞬时都不相同，因而引起发射极电流或集电极电流有一个无规则的波动，便形成了散粒噪声．
1．1．2．3 颤动噪声：管子产生颤动噪声的原因现在还不十分清楚，但被设想为载流子在晶体表面的产生和复合所引
起，因此与半导体材料本身及工艺水平有关．这种噪声与频率成反比，所以也叫做1／f噪声．在低频时，管子的噪声主
要由它决定．对于电阻元件的噪声，绕线电阻最小，碳膜电阻最大．
1．2 减小噪声的措施
1．2．1 合理设置放大器通频带：在保证有用信号能够不失真放大的条件下，应尽量减小放大器的通频带和输入电阻，
以使噪声电压限制在一定的范围之内．
1．2．2 选用低噪声的元器件：在设计低噪声放大器时，宜选用低噪声的场效应管FET或CMOSFET代替普通三极管
BJT．电阻应尽可能选用绕线式电阻或金属膜电阻．
[收稿日期] 2002—03—20
[作者简介] 赵红梅(1972一)，女，河南省平顶山人，平顶山工学院计算机工程系助教
维普资讯 http://www.cqvip.com
· 34 · 平顶山师专学报 2002年
1．2．3 选用合适的放大电路：放大电路的第一级首选由BJT或FET组成的差动放大电路．当要求更高时可在低噪
声运放电路前加上一个高稳定、低噪声的共源一共基串接的前置差分放大电路．
2 放大器中的干扰及其抑制
干扰是外界因素对放大器中各部分的影响所造成的，例如通过电源进来的50}k交流电压，放大器周围存在的发
电机、电动机及气体放电器件等的杂散电磁场，以及放大器有机械振动时等都可能在输出端出现干扰电压．
2．1 放大器中的干扰
2．1．1 杂散电磁场干扰：放大器周围存在杂散电磁场时，放大器的输入电路或某些重要元件处于这种变动的电场和磁
场中，就会感应出干扰电压．对于一个放大倍数比较高的放大器来说，只要第一级引进一点微弱的干扰电压，经过各级
的放大，放大器的输出端就有一个较大的干扰电压．所以干扰电压可由磁感应或静电感应产生．[2]
2．1．2 由于接地点安排不正确而引起的干扰：实验过程中，对于多级放大器经常会由于接地点安排不当，在输入级引
起微弱的线路阻抗等附加电压(称为寄生反馈电压)，经多级放大后，严重损坏输出电压波形．
2．1．3 由于电子设备的共同端没有正确连接而产生的干扰．
2．1．4 由于直流电源电压波动引起的干扰．
2．1．5 由于交流电源串人的干扰：当交流电网的负载突变时(如电机的起动和制动)，在负载突变处交流电源线与地
之f可将产生高频干扰电压．这个电压引起的高频电流将通过直流稳压电源、放大器及放大器与地之间的分布电容，经
过地线再返回负载突变处组成回路，这样就构成了对放大器的高频干扰．
实验中放大器的干扰与三极管的噪声是非常普遍的．其频率如果是50 l_k(或100 Hz)，一般称为50}k交流声，
有时是非周期性的，没有一定规律．50 Hz交流声大都来自电源变压器或交流电源线，100 Hz交流声往往是由于整流
滤波不良造成的．另外，由电路周围的电磁波干扰信号以及电路中的地线接的不合理引起的干扰电压也是常见的
． 由
于放大器的放大倍数很高(特别是多级放大器)，只要在它的前级引起一点微弱的干扰，经过几级放大，在输出端就可
以产生一个很大的干扰电压．
2．2 抑制干扰的措施
2．2．1 合理布线：放大器输入回路的导线和输出回路、交流电源的导线要分开，不要平行铺设或捆扎在一起， 以免相
互感应．
2．2．2 屏蔽：小信号的输入线可以采用具有金属丝外套的屏蔽线，外套接地．整个输入级用单独金属盒罩起来，外罩
接地．电源变压器的初、次级之间加屏蔽层．电源变压器要远离放大器前级，必要时可以把变压器也用金属盒罩起
来，以利隔离．
2．2．3 滤波：为防止电源串人干扰信号，可在交(直)流电源线的进线处加滤波电路．如图1(a)、(b)、(c)所示的无源
L tl
(a) (b) (c) (d)
图1 干扰和噪声四种滤波电路
滤波器可以滤除天电干扰(雷电等引起)和工业干扰(电机、电磁铁等设备起、制动时引起)等干扰信号
， 而不影响50 Hz
电源的引入．图中电感、电容元件，一般L为几
一几十mH，C为几千 ．图1(d)中的阻容串
联电路对电源电压的突变有吸收作用，以免其
进入放大器．R和C的数值可选100 Q和2“F
左右．
2．2．4 共点接地：在各级放大电路中，如果接
地点安排不当，也会造成严重的干扰．例如，在
图2中，同一台电子设备的放大器，由前置放大
级和功率放大级组成．当接地点如图中实线所
示时，功率级的输出电流是比较大的，此电流通
过导线产生的压降，与电源电压一起，作用于前
直
流 ． 澍一
： ．·’ ： ： l
!§．．· i i
．．．⋯ ⋯ ． · ’．
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图2 接地点不同对干扰和噪声的影响
维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 赵红梅，米启超：放大器干扰、噪声抑制和自激振荡的消除 ·35·
置级，引起扰动，甚至产生振荡．还因负载电流流回电源时，造成机壳(地)与电源负端之间EgE,波动，而前置放大级的
输入端接到这个不稳定的“地”上，会引起更为严重的干扰．如将接地点改成图中虚线所示，则可克服上述弊端．
2．2．5 直流电源应采用高精度直流稳压电源供电
3 自激振荡及其消除
3．1 自激振荡的产生和特点
3．1．1 自激振荡的产生：放大器增益过高，多级放大器负反馈网络产生的附加相移，电路分布电容等都影响放大器工
作的稳定性，而产生的振荡现象称为自激振荡．这时不加任何输入信号，放大器也会产生一定频率的信号输出．放大
器性能指标和自激振荡的克服是一对矛盾．
3．1．2 自激振荡的特点：自激振荡和噪声的区别是，自激振荡的频率一般为比较高或极低的数值，而且频率随着放大
器元件参数不同而改变(甚至拨动一下放大器内部导线的位置，频率也会改变)，振荡波形一般是比较规则的，幅度也
比较大，往往使三极管处于饱和和截止工作状态，使输出信号严重失真．检查放大器是否发生自激振荡，可以把输入
端短路，用示波器(或毫伏表)接在放大器的输出端进行观察．
3．2 自激振荡的消除
3．2．1 电路安装合理布局：高频自激振荡主要是由于安装、布线不合理引起的．例如输入和输出线靠的太近，产生正
反馈作用．对此应从安装工艺方面解决，如元件布置紧凑，接线要短等．也可以用一个小电容(例如左右)一端接地，
另一端逐级接触管子的输入端，或电路中合适部位，找到抑制振荡的最灵敏的一点(即电容接此点时，自激振荡消失)，
在此处外接一个合适的电阻电容或单一电容(一般由试验决定)，进行高频滤波或负反馈，以压低放大电路对高频信号
的放大倍数或移动高频电压的相位，从而抑制高频自激振荡，如图3所示．
UCC
图3 高频滤波或负反馈抑制高频振荡 图4 去耦电路消除低频振荡
3．2．2 用去耦电路消除内阻引起的寄生反馈：低频自激振荡是由于各级放大电路共用一个直流电源所引起的．如图
6所示，因为电源总是有一定的内阻Ro，特别是电池用的时间过长或稳压电源质量不高，使得内阻Ro比较大时，则会
引起U cc处电位的波动，U CC的波动作用到前级，使前级输出电压相应变化，经放大后，使波动更厉害，如此循环，就
会造成振荡现象．最常用的消除办法是在放大电路各级之间加上“去耦电路”如图4中的R和C，从电源方面使前后
级减小相互影响．R的值一般为几百n，C的值一般选几十 或更大一些．
3．2．3 牺牲增益，控制负反馈放大器的级数：或接入“相移校正网络”(一般运放都带有频率校正端子)．
[ 参考文献]
[I] 童诗白．模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，1988．
[2] 康华光．模拟电子技术[M]．北京：高等教育出版社，1999．
On removing the interferences& noise restraint and automatic oscillation of the amplifier
ZHAO Hong—mei ， MI Qi—chao
(Pingdingshan Institute Of Technology，Pingdingshan，Henan 467001，China)
Abstract： The article elaborates the causes of the existence Of interference．noise restraint and automat—
ic oscillation Of the amplifier and introduces the methods of removing them．
Key words： am plifier；interference& noise restraint；automatic oscillation
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