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オペアンプのノイズとはどんなものでしょうか?

オペアンプのノイズには下図に示すようなノイズが存在します。

  • 周波数依存性のある、1/fノイズ
  • 周波数依存性のない、白色雑音
オペアンプのノイズ周波数特性
図-1 オペアンプのノイズ周波数特性
汎用オペアンプと低ノイズオペアンプのノイズ比較
図-2 汎用オペアンプと低ノイズオペアンプのノイズ比較

当社のCMOSオペアンプの汎用タイプ TC75S51FUと低ノイズタイプ TC75S67TUを比較します。
低ノイズタイプの方が 白色雑音ノイズが低く、コーナー周波数も低くなっておりノイズ性能が良好なことがわかります。

汎用タイプ TC75S51F/FU  :白色雑音領域のノイズ 約30nV/√Hz@f=10kHz  コーナー周波数fc 約300Hz
低ノイズタイプ TC75S67TU  :白色雑音領域のノイズ 約  6nV/√Hz@f=10kHz  コーナー周波数fc 約100Hz

これらのノイズは入力で発生するノイズ(入力換算雑音電圧)として定義されています。つまり出力ではオペアンプのゲイン倍の入力換算雑音電圧がノイズとして信号に加算されることになります。特に、低周波のノイズは周波数依存性があるので注意が必要です。

3段増幅回路
図-3 3段増幅回路

次に多段で構成した場合の影響に関して考えます。
例として、右図の3段のカスケードアンプを計算します。
図を見てわかるように信号の出力 (PSout3) と
ノイズの出力 (PNout3) は以下のようになります。

ノイズファクタ(F)

図を見てわかるように信号の出力 (PSout3) とノイズの出力 (PNout3) は以下のようになります。
図を見るとわかりますが、入力ノイズ (PNin)と初段のアンプの入力換算ノイズ (PN1)が出力のノイズに最も影響します。
出力の信号PSout3と出力ノイズPNout3
PSout3=G1×G2×G3×PSin
PNout3=G1×G2×G3×(PNin+PN1)+G2×G3×PN2+G3×PN3
従って、ノイズファクタ(F)は以下になります。

2段目のアンプの入力換算ノイズPN2は初段の利得G1、3段目のアンプの入力換算ノイズPN3は初段の利得G1と2段目の利得G2で割られ、後段になるほど影響が小さくなることがわかります。
このように影響度の高い初段のアンプには低ノイズのアンプが必要なことがわかります。

弊社にはセンサなどに最適な低ノイズオペアンプがあります。ご検討ください。
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