¿Cómo mejora el preamplificador la relación señal / ruido (SNR)?

Hay dos cosas a considerar con un preamplificador que explica por qué mejora la SNR.

Lo primero, y lo más importante, es que el preamplificador está más cerca de la fuente (como un micrófono). Hay menos componentes generadores de ruido entre el micrófono y el preamplificador de los que habría si esperara hasta el amplificador principal. Por ejemplo, muy a menudo hay mandos de agudos / bajos entre el preamplificador y el amplificador para ajustar el tono del sonido. Estos dispositivos agregan ruido, pero debido a que ocurren después del preamplificador, están agregando ruido a una señal de 1V desde una fuente de baja impedancia en lugar de agregar ruido a la pequeña señal que proviene del micrófono de alta impedancia.

La segunda ventaja es que es más fácil hacer una amplificación limpia a bajas corrientes / voltajes. Es mucho más fácil hacer la amplificación en dos pasos: un paso la eleva desde la pequeña señal del micrófono, y el otro toma esa señal y alimenta los altavoces. De hecho, es probable que si no tuviera un preamplificador antes de los controles de tono, probablemente tendría un amplificador de 2 etapas (que es un preamplificador y un amplificador principal pisoteados).

  

¿El ruido no se amplifica en la misma cantidad que la señal?

Desde una perspectiva diferente pero relacionada a la respuesta de Cort Ammon, en un diseño de múltiples etapas con poco ruido, uno coloca la mayor parte de la ganancia general en la primera etapa, lo que podría llamarse un preamplificador.

No es tanto que el preamplificador amplifique el ruido junto con la señal, es que cualquier ruido agregado por el preamplificador (todas las etapas de amplificación agregar ruido) es Amplificado por cualquiera de las siguientes etapas de amplificación.

Entonces, por ejemplo, si su sistema de 2 etapas tiene una ganancia total de 1000, suponiendo que se agregue un ruido agregado en cada etapa, sería mejor tener una ganancia de 100 puntos desde una perspectiva de SNR. en la primera etapa y una ganancia de 10 en la segunda etapa en lugar de al revés.

Como ejemplo de lectura adicional, considere Ponga Gain Up Front

Lo más importante de un preamplificador es tener un factor de ruido bajo. Lo estoy abordando desde el punto de vista de radios y microondas. Sí, amplifica la señal y el ruido, todo lo que entra. La entrada de la antena puede tener un poco de interferencia y ruido atmosférico, y eso se amplifica, pero la señal suele ser más grande en las radios / microondas (si no es así, prefieres el filtrado o el ruido). Cancelación o cancelación de interferencia. Nada es gratis). Más importante aún, el ruido insertado por el preamplificador entra en la parte superior del S + N amplificado. Aún así, el ruido exterior, en banda, si usted diseñó correctamente su sistema, es muy pequeño, en su mayoría es solo el factor de ruido del preamplificador por el que tiene que preocuparse mucho. Las fórmulas para agregar factores de ruido y niveles de señal a lo largo de la cadena son fáciles y bien conocidas por los diseñadores de RF.

Un buen preamplificador de radio / microondas podría tener factores de ruido como unos pocos dB, lo que significa dB por encima del ruido térmico de 290 K, y uno se preocupa por los armónicos, los puntos de intercepción de tercer orden, etc., que generalmente se debe filtrar o mantener fuera Banda por diseño, o haga que el parámetro sea lo suficientemente bueno dentro del rango dinámico deseado. El preamplificador es el factor más importante para establecer el rango dinámico. Los preamplificadores de teléfono celular tienen menos de 5 dB de factor de ruido. Para los radares de microondas es un poco más alto, y peor cuando se va a mmw. Los preamplificadores también son peores si son de banda ancha, por lo que siempre hay restricciones de diseño. Por supuesto, la miniaturización es importante para los teléfonos celulares y la electrónica de consumo, y las cargas útiles de los satélites. Menos aún para radares grandes, excepto que un radar complejo y sofisticado que debe usarse, por ejemplo, en un avión, también debe ser relativamente pequeño.

Eso también establece la mayor contribución del valor de ruido a toda la cadena de RF, y puede realizar otro procesamiento de RF en el resto de la cadena.

El PreAmp permite otro grado de libertad en el manejo de ruido aleatorio. Aquí está el sistema de 3 etapas, entrada de 100uV. La gráfica de ruido muestra que cada etapa contribuye igualmente al ruido de salida. ¿Por qué?

Rnoise stage 1 = 50 ohms

Rnoise stage 2 = 5,000 ohms (gain1 ^ 2 * Rnoise stage 1)

Rnoise stage 3 = 500,000 ohms (gain2 ^ 2 * Rnoise stage 2)

En pocas palabras, incluso una ganancia moderada de la etapa 1 (preamplificador) facilita enormemente el diseño de ruido aleatorio de las etapas posteriores, por el CUADRADO de la ganancia de la etapa1. Por lo tanto, la ganancia de preamplificador 10: 1 permite 100 veces más Rnoise en la siguiente etapa, para una contribución igualitaria.