几乎所有数字电路的信号强度(level)都呈一定值，相较之下模拟电路的信号强度就非常纷歧，而且模拟电路的信号频宽也比较大，这意味着模拟电路无法作概括性处理。

模拟电路噪讯
如图1所示模拟电路可以分成：
*电阻器与电容器等被动组件(包含被动组件)构成的被动电路
*包含增幅器在内的主动组件(动态组件)构成的主动电路
两种。此外模拟电路有误差问题，由于误差与噪讯无法作详细区隔，因此误差问题与噪讯问题几乎无法切割处理。
　
如图2所示，模拟电路的固定噪讯主要来自组件本身，通常组件的噪讯都非常低，信号强度很高时相对的S/N(Signal/Noise)噪讯比也非常高，因此不致构成太大问题。然而信号强度很微小、或是要求高动作精度时，组件的噪讯反而变成棘手问题。

数字电路同样会产生噪讯，所幸的是在数字电路可以忽略这些噪讯，即使是模拟电路如果信号强度很高时，通常都能够忽略这些噪讯。
　
图2中的热噪讯(thermal noise)是电流通过电阻器产生的噪讯，由于所有电子组件都有阻抗，这意味着所有电子组件一定会产生噪讯，即使极力削减噪讯也无法彻底消弭噪讯。此处假设实效噪讯电压为，如此一来热噪讯可用下式表示：

K： Boltzmann定数()
T： 绝对温度()
B： 频宽( Hz)
R： 阻抗值(R )

图3是热噪讯特性，由于噪讯与阻抗值与信号的频宽平方根呈比例，因此降低阻抗值与信号的频宽对热噪讯非常有效。频通滤波器(band pass filter)同时具备低通(low pass)与高通(high pass)两种滤波特性，它只让中间的频率通过，因此降低信号的频宽时，利用频通滤波器可以有效消除不必要的频域(频宽)。
　
射击噪讯(shot noise)具有一定的电压峰值，它是指电子组件的电流超越峰值时，以电流形式产生的噪讯而言。此处假设噪讯电流为，如此一来射击噪讯可用下式表示：

q： 电子的电荷(库伦)
： 在电路流动的平均电流(A )
B： 频宽(Hz )

如果频宽为 时，射击噪讯变成。图4是FET的网关漏电流造成的噪讯特性。
　
接触噪讯(contact noise)又称为闪烁噪讯(flicker noise)，或是1/f噪讯，它是材料不完全接触造成的噪讯。假设噪讯电流为，频宽为1Hz时，接触噪讯可用下式表示：

亦即噪讯电力密度与频率的逆数呈比例，例如自然风与频率的逆数呈比例随机变动就是典型的说明范例(1/f则称为摇晃)。

至于玉米花式噪讯(popcorn noise)则是脉冲状噪讯，它有点类似一般所谓的「爆裂噪音」。

玉米花式噪讯通常出现在发射体(emitter)接合处，一般认为它是格子缺陷造成的噪讯。玉米花式噪讯除外，一般噪讯都与信号的频宽B根号，亦即呈比例。 电流性噪讯随着电流的流动会转换成电压， 因此综合噪讯可用下式表示：

：电压性噪讯
：电流性噪讯
：负载阻抗

除此之外还有热起电力造成的噪讯，热起电力噪讯是材质相异金属的接合部位，受到温度影响产生的激发电力，例如金属A与金属B的接合部位温度为t，此时会产生的热起电力。

虽然热起电力随着金属的种类不同，不过基本上它与温度呈一定比例，温度越高热起电力越大。

热起电力的误差发生要因如图5所示，由于印刷电路基板的图案与电阻器金属材质相异，当发热组件造成温度提高时，接合部位的温度会上升，虽然此时两侧接合部位的温度相同，不过发生的热起电力最后会被相互抵销，反过来说如果有温差时，接合部位就会残留对应该温差的电压。

应用增幅器

应用增幅器是主动电路的基本，接着介绍有关应用增幅器的误差。应用增幅器使用的IC被设计成可以使应用增幅器具备理想化特性。

类似电阻器与电容器等单纯的被动组件，大多透过材料与加工技术，同样被制成具备理想化特性。

相较之下应用增幅器是由结构复杂的电路构成，必需利用电路技术才能够获得理想化特性。最单纯的增幅器电路是由1个晶体管，与若干个电阻器与电容器构成，不过这种增幅器的特性与理想性增幅器相距甚远，而且含有各式各样的动作误差。

单纯改善晶体管的方式，理论上并无法获得理想化特性的增幅器，必需使用复杂的补偿电路才能实现，即使如此实际上并无完全理想性的增幅器，因此含有各式各样动作误差的增幅器特性，一律称为「应用增幅器的现实特性」，现实特性具体内容分别如下：

*输出与输入范围的限制
*off-set电压
*有限的输入阻抗
*偏压(bias)电流与off-set电流
*有限Gain
*Gain与位相的频率特性
*通过率(through rate)
*电源电压的抵制(rejection)
*一般模式的抵制(common mode rejection)
*各特性的温度系数

增幅器的理想特性呈线形状，所谓线形特性并不是笔直状特性，它表示变化范围±无限大，然而实际上输入与输出只能够在电源电压决定的范围内变化。

此处假设应用增幅器的输入电压为、，增幅率Gain为G，如此一来输出电压可用下式表示：

然而实际上必需将误差电压列入考虑，因此输出电压变成：

理想应用增幅器的输入阻抗为无限大，实际上却是有限值。增幅器的输入阻抗(impedance)是由等价性高阻抗低电容构成，因此单纯的「直流性动作」时只需考虑抗低即可；单纯的「频率特性」时，只需考虑电容即可。

至于偏压电流与off-set电流，如图6所示除了输入阻抗为有限之外，基本上是由该应用增幅器的电路结构决定，它具备一定的流入与流出电流特性，此时该电流称为「偏压电流」。

偏压电流在应用增幅器的两输入，理论上应该完全相同，不过实际上略有差异，该差异称为「off-set电流」。
　
应用增幅器的增幅率Gain是无限大，同时还具备频率特性。频率特性除了振幅之外还必需考虑位相，所谓位相如图7所示，它是指时间性的偏差而言。
　
如图所示相较于元正弦波的，的位相前进，的位相延迟，此时位相的延迟并不是以表示，若以时间表示，就变成图7中的；图8是应用增幅器的频率特性范例。
　
输出振幅很大时，除了振幅有频率特性之外，输出的变化速度也受到限制，该限制速度称为「通过率(through rate)」如图9所示受到通过率的影响，正弦波形的输入会变成三角波。
　
理论上，应用增幅器不会受到电源电压在容许范围的变动影响，实际上随着电源电压的变动，输出电压也会跟着改变，该程度的变动称为「电源电压抵制(rejection)」。应用增幅器的两个输入理想上呈平衡状态，换言之只需要以输入差就可以决定输出，不受一般模式电压(输入的绝对值)影响，然而实际上随着一般模式电压，输出电压也会跟着变动，该程度的变动称为「一般模式抵制(rejection)」。

应用增幅器的各特性原本不受温度影响，然而实际上各特性具有温度特性，该温度特性会随着温度变动。

数字IC最大问题是现实特性几乎局限在动作速度(输出入之间的延迟)，数字IC依照动作速度可以分成几种类，因此选用数字IC时，大多是根据IC的家族系列选择。

如上所述，模拟电路的信号强度与频宽非常纷歧，而且要求各式各样的动作精度与特性值，其中许多特性相互抵触、或是无法同时满足复数特性，因此相关业者依照用途与目的开发各种专用IC(ASIC)，因此设计应用增幅器时，必需从中选出适合的IC。

外置补偿误差要因的电路，某种程度可以满足实际需求，尤其是以往应用增幅器的种类比较少，因此外置电路扮演重要角色。随着应用增幅器随种类不同价差非常明显，是应用增幅器的另一项特征。

应用增幅器的误差

除了应用增幅器单体的误差之外，应用增幅器的周边电路也有各种误差，如图10所示信号源阻抗会影响误差。
　
信号源具有阻抗称为「信号源阻抗」，同样负载具有阻抗则称为「负载阻抗」，信号源电压并不是直接输入至负载，而是透过信号源阻抗与负载阻抗，以分压方输入(图10的式(1))。

降低该误差的方法，例如缩减信号源阻抗或是增加负载阻抗等等，不过一般都希望缩减信号源阻抗，某些情况却无法缩减信号源阻抗时，可以采用增加负载阻抗方式。

应用增幅电路分成「反相增幅器」与「非反相增幅器」两种，反相增幅器的负载阻抗为输入电阻器R1；非反相增幅器的输入阻抗则是负载本身。

应用增幅器的阻抗理论上为无限大，即使实际上也是非常大，以信号阻抗造成的误差而言，非反相增幅器的误差特性比反相增幅器更优秀。

应用增幅器若是理想应用增幅器，应用增幅电路的特性取决于外置阻抗组件，因此外置阻抗组件的误差会直接转换，变成应用增幅电路的误差。

图11是应用增幅器的综合误差一览。
　


应用增幅器的噪讯

应用增幅器的内部是复杂的模拟电路，组件内部产生的噪讯(noise)会影响各电路模块。如图12所示应用增幅器的综合噪讯，是所有噪讯在输入端产生的结果，换句话说它是等价换算后的结果。
　
图中的是应用增幅器的输入换算电压噪讯，是应用增幅器的输入换算电流噪讯，是信号源噪讯，是信号源阻抗，此时电压换算等价输入端的噪讯已经包含信号源噪讯在内，因此必需以下式表示：

亦即输出端的噪讯乘上应用增幅器的增幅率(Gain) 才能形成。

由于应用增幅器的输入换算电流噪讯，就是从应用增幅器流出的噪讯，因此负载阻抗为。此处假设信号源阻抗若是电阻器的话，必需将电阻器产生的噪讯一并列入考虑计算。

模拟系统大多使用应用增幅器进行增幅，增幅系统分成：
*直流增幅
*交流增幅
两种，使用上要求绝对值时，大多使用直流增幅方式；相较之下只需要考虑变化部份即可的场合，大多采用交流增幅方式。

如图13所示交流增幅方式利用电容器的插入消除直流成份，藉此使直流成份增幅。

主要原因是应用增幅器的误差具有offset电压与直流性误差，这些误差在交流增幅器会被抵销(cancel)，以误差观点而言，交流增幅器比直流增幅器更容易处理，而且非反相交流增幅器的电阻器 还可以使偏压(bias)电流逃逸。
　
系统上为提高抗噪讯力必需提高S/N比，提高S/N的具体方法例如：
*提高信号强度，加大信号S(Signal)
*降低布线阻抗，减低噪讯N(Noise)

此处所谓「布线」是指包含所有驱动与接收器在内的布线而言。至于无法提高抗噪讯力的部位，必需尽量缩减布线长度。

如图14所示元信号源很微弱时为提高信号强度，必需尽量在早期阶段进行增幅藉此提高信号 ，至于回绕等处理则在增幅后进行即可。

信号源非常强大的场合，如果信号源的阻抗很高时，经常无法获得充分的耐噪讯特性，此时缓冲器可以发挥功能。

所谓缓冲器是指增幅率为1的增幅器(图15)，缓冲器亦即增幅器的输入阻抗，本身就是应用增幅器的输入阻抗，因此它的输入阻抗非常高，即使信号源的阻抗很高也能够低误差接收。

信号源的阻抗很高的场合，某些应用增幅器会配合该特性，使应用增幅器具备高输入阻抗，因为一般用途的应用增幅器输出阻抗都非常低。

信号源为传感器(sensor)的场合，若与信号强度比较，某些设计具有非常大的一般模式(common mode)电压，此时必需以平衡接收器(receiver)接收，如此才能够消除一般模式，值得一提的是量测机器用增幅器对低信号强度、高信号源阻抗也非常有效。