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TL081というオペアンプを使用し、電流電圧変換回路を製作しました。
増幅用の抵抗は100[MΩ]です。(入力段に並列に入る抵抗は50[MΩ])
9[V]程の電源供給を行い、出力段でのオフセット分を確認しようとしたところ、
Vp-p=40[mV]程の正弦波が観測されました。
今回測定対象の信号が、増幅後で数mV程度を想定しているため、
この正弦波ノイズを取り除きたいのですが、何か手法をご教授いただけませんでしょうか。
電源ノイズだと予想しています。
入力信号の周波数が20~100[Hz]程の低周波領域に存在しているため、
CRローパスフィルタでは、観測対象もカットしてしまうため、悩んでいます。

質問者からの補足コメント

  • 電池で試してみます。ご助言ありがとうございます。

    計測対象の電流オーダーが数十pA〜数nAを想定しておりまして、このような非常に高い抵抗を選定しました。

    ノイズに関しての知識がほとんどないので、一から勉強してみようと思います。

    No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2022/03/23 09:14
  • ご返答ありがとうございます。

    試してみます。
    ちなみになのですが、回路を全体をシールドする際は、なるべく電源周りからの距離を離した方が理論上はノイズ低減が測れるのでしょうか?

    No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2022/03/23 09:16
  • ご返答ありがとうございます。

    一点追加でお聞きしたいです。型番は忘れましたが、フェライトビーズ(村田製作所製)を所有しているのですが、電源とオペアンプ間にかませることでもノイズ低減は見込めるのでしょうか?

    No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2022/03/23 09:20
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A 回答 (5件)

ずいぶんハイインピーの微小信号ですね。

いちばんやりにくいシロモノ。
たぶん手を近付けただけでノイズが増えると思います。
対策に特効薬はありません。基本的なことを根気よくするしかないです。
シールドは必須ですね。回路全体を金属箱に入れて回路のGNDに接続します。
基板のパターンの取り方や電源など外部への接続点を変えるとノイズが減ることもあります。このぐらいシビアなものでは「つながっていれば良い」ではダメ。基板のパターンは"ゼロΩ"ではないですからノイズ電流が流れていると必ずノイズ電圧が発生します。どこにどんな電圧が生じるかを考えながら接続点を変えてみてください。空中配線のバラックセットの方が良好なことも多いんですよ。
例えば添付図のような回路で、電源への配線Gを※印に接続すると電源ノイズは※からコンデンサのGNDまで流れます。この間R1とR2の間のGNDパターンにノイズ電圧が生じて入力信号にプラスされてしまいます。必ずコンデンサに近い位置に接続しましょう。
また×のところに10~100Ω程度の抵抗を入れるとノイズが減ることがあります。抵抗が無いとノイズ電圧を低インピーダンスのコンデンサでショートすることになり意外に大きな電流が流れることがあるのです。
こんな対策はオーディオアンプではよくやります。音楽の背後でブーンというのはいただけませんから。
フェライトビーズはやってみても効果はないでしょう。一般に数MHz以上の高い周波数でないと効きません。

ともかく根気よく色んな事をやってみるしかないです。原則はノイジーな部分からできるだけ離すことです。
頑張って!!
「オペアンプによる増幅回路でのノイズ対策に」の回答画像5
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計測対象が10 pAでTL081は使えません。



OPアンプのバイアス電流はpAのオーダーでなければならないのに200 pAもあります。話にならない、選択から誤っています。AD549が100 fA、譲ってもAD795の2 pAぐらいにしないと。nAに近いならAD820の25 pA。漏れ電流の対策も検討しないといけないし、進めるのはそれからです。
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現物(の動作状態)をよく調べてみないと確かなことは言えませんが、増幅用の抵抗は100[MΩ]だとか、入力段に並列に入る抵抗は50[MΩ]だとかになっていると、増幅回路が(電源周波数の)誘導ノイズを拾っている疑いがあります。



試しに回路部品に接触しない範囲でアルミホイルで回路全体を覆い、そのアルミホイルをグランドに接地してみてください。
その結果、改善されるようだと、(電源からの誘導ノイズの)遮蔽不足ですね。
この回答への補足あり
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>>電源ノイズだと予想しています。



はい、電源から入ってくるノイズは結構デカイですからね。
私も電池をお勧めします。
電池の方がはるかにノイズが少ないですからね。
コンセントから取る電源を使う場合は、フェライトコアとかを使わないと
ノイズ取れませんからね。
この回答への補足あり
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> 電源ノイズだと予想しています。


ならば、電源は、電池を利用してみてください。

> 抵抗は100[MΩ]です。(…抵抗は50[MΩ])
抵抗値が高すぎます。
動作電流が微小すぎるので、動作点も安定しづらいです。
寄生容量や外来ノイズの影響受けやすいです。
この回答への補足あり
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