Opamp-Rauschen: Wann befindet sich ein Widerstand im Signalpfad?

Ich bin verwirrt darüber, wann ein Widerstand als im Signalpfad befindlich angesehen wird und wann nicht, wenn es um Opamp-Rauschberechnungen geht. Nehmen Sie zum Beispiel die folgende Schaltung:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Eine sehr ähnliche Schaltung ist in Douglas Selfs Buch veröffentlicht. Er erwähnt, dass der einzige Widerstand im Signalpfad (am nicht invertierenden Eingang) der 100-Ohm-Widerstand R3 ist, sodass R1 und R2 nicht zum Rauschen beitragen. Nach meinem Verständnis kann ein Widerstand wie ein idealer oder rauschfreier Widerstand in Reihe mit einem Rauschgenerator modelliert werden. Ich würde also denken, dass ich beispielsweise R1 durch einen Rauschgenerator von Wenn R1 in Reihe geschaltet ist, sollte dieser Rauschgenerator durch die Rauschverstärkung des Operationsverstärkers verstärkt werden. Warum befinden sich R1 und R2 dann nicht im Signalpfad?$\sqrt{4KTBR}$

Der Autor erwähnt auch die folgende Schaltung, die ein einfacher invertierender Verstärker mit einem Widerstand am nichtinvertierenden Eingang ist, um Vorspannungsströme zu kompensieren.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

In diesem Fall erwähnt der Autor, dass der Widerstand R3 Rauschen verursacht, daher verstehe ich es nicht. In beiden Schaltkreisen ist ein Widerstand an den nicht invertierenden Eingang angeschlossen, aber in der ersten Schaltung erzeugt er kein Rauschen, aber er erzeugt Rauschen in der zweite Schaltung, woher weiß ich also, wann ein Widerstand Rauschen erzeugt (im Signalpfad) und wann nicht? es scheint nicht sehr intuitiv.

Bearbeiten: Ich habe die erste Schaltung simuliert und eine Rauschanalyse durchgeführt. Wenn R3 einen kleinen Wert hat, wirkt sich das Variieren des Werts von R1 oder R2 nicht auf die Rauschausgabe aus und das Rauschen hängt nur von R3 (plus den Rückkopplungswiderständen) ab und Opamp-Rauschen usw. Ich konzentriere mich nur auf den nicht invertierenden Eingang. Wenn jedoch R3 nicht klein ist, wirkt sich der Wert von R1 oder R2 auf den Rauschausgang aus. Ich glaube jedoch, dass dies auf den Spannungsteilereffekt zurückzuführen ist dämpft das Rauschen des ersten Widerstands R3, nicht weil R1 oder R2 zum gesamten Rauschausgang beitragen. Um die Verwirrung zu verstärken, scheint es, dass sich nur R3 im Signalpfad des nicht invertierenden Eingangs befindet und R1 und R2 tragen kein thermisches Rauschen zum Ausgang bei, ich verstehe das nicht. Eine einfachere Simulation durchführen,

Ich habe auch die zweite Schaltung simuliert und tatsächlich beeinflusst R3 (der zweiten Schaltung) die Rauschausgabe, wenn ich ihren Wert verändere. Meine Beobachtungen sind also: Shunt-Widerstände im nichtinvertierenden Eingang bei Verwendung als nichtinvertierender Verstärker tragen nicht zum Rauschen bei, während ein Widerstand im nichtinvertierenden Eingang bei Verwendung als invertierender Verstärker zum Rauschen beiträgt.

Alle Widerstände tragen zum Rauschen bei. Bei genauerer Betrachtung der Rennstrecke fallen mir zwei Dinge auf.

1. Die Rauschquellen von R1 und R2 treffen auf einen sehr großen Teiler, der ihrem Rauschen eine Dämpfung von etwa 60 dB verleiht.
2. Diese Rauschquellen treffen auf ein sehr starkes Tiefpassfilter, das ihr Rauschspektrum weiter senkt.

Dies hat jedoch nichts damit zu tun, „im Signalpfad zu sein“. Wenn R3 größer und die Kondensatoren kleiner wären, würde ihr Rauschbeitrag dominieren, während die gleiche Topologie und der gleiche Frequenzgang beibehalten würden.

"Im Signalpfad sein" ist bestenfalls eine Art Gedächtnisstütze, die Sie zu den richtigen Entwurfsentscheidungen führt (dh R3 klein machen), aber es ist kein Schaltungsanalysewerkzeug.

Wenn sich ein Widerstand „im Signalpfad“ befindet, bedeutet dies, dass sowohl er als auch das Signal gleichermaßen betroffen sind, und Sie können im Entwurf nichts tun, um das Rauschen zu reduzieren, das das Signal nicht ebenfalls beeinflusst. Sie sollten diesen Geräuschbeitrag also so gering wie möglich halten oder versuchen, ihn ganz zu vermeiden.

Ich habe rauscharme Schaltungen entworfen, in denen einige der Hauptverursacher die Stromquellentransistoren sind, die den Transistor am Ende von Differentialpaaren (an der gegenüberliegenden Ecke des IC) vorspannen. Es kann wirklich nichts weiter vom „Signalweg“ entfernt sein.

Da C1 im ersten Stromkreis hoch genug ist, können wir davon ausgehen, dass es sich um einen Kurzschluss handelt:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Sie können einen Widerstand mit beiden modellieren;

• ein rauschfreier Widerstand mit einer in Reihe geschalteten Rauschgeneratorspannungsquelle,
• oder ein rauschfreier Widerstand mit einer parallelen Rauschgeneratorstromquelle.

Wenn wir also R2 und R1 durch das 2. Modell ersetzen, sehen wir, dass die Stromquelle des gesamten Rauschgenerators, n1 + n2, ein schweres Tiefpassfilter sieht (C2 = 100nF & R2 || R1 = 69k, was f ergibt _C = 23 Hz):

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Daher wird das Rauschen höchstwahrscheinlich gefiltert (Bitte beachten Sie, dass ein paralleler RC-Filter nur funktioniert, wenn er von einer Stromquelle angetrieben wird).

Wenn Sie im zweiten Schaltkreis den Widerstand durch ein Rauschmodell ersetzen, werden Sie feststellen, dass keine Filterung erfolgt. Wahrscheinlich wird das Rauschen deshalb vollständig auf den Ausgang reflektiert.