频谱密度 (spectral density) 是杂讯的重要特性。电压杂讯频谱密度是每平方根Hz的均方根 (RMS) 杂讯电压 (通常写成nV/√Hz),功率频谱密度则是W/Hz。上一篇文章曾介绍过,电阻的热杂讯可由方程式2.1计算,该方程式可重新写为频谱密度的形式。热杂讯的重要特性是频谱密度相当平坦 (亦即能量均匀分布在所有频率),因此热杂讯有时被称为宽频杂讯 (broadband noise),运算放大器也有宽频杂讯。本文将宽频杂讯定义为频谱密度很平坦的杂讯。
除了宽频杂讯外,运算放大器通常还包含频谱密度并不平坦的低频杂讯区域,这个杂讯称为1/f杂讯、闪烁杂讯 (flicker noise) 或低频杂讯。 1/f杂讯的功率频谱通常会以1/f的速率下降,这表示电压频谱是以1/f(1/2)的速率下降。然而在实际上,1/f函数的指数可能会略有出入。 (图一)是包括1/f区域和宽频区域在内的典型运算放大器频谱。注意该频谱密度图中还包括电流杂讯 (表示为fA/√Hz)。
注意1/f杂讯也是常态分布,因此第一篇文章介绍的数学仍然适用。 (图二)是1/f杂讯在时域的波形,注意该图的X轴是以秒为单位 – 这种随着时间缓慢改变的现象正是1/f杂讯的典型特性。
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