有能なオペアンプ技術者に問う!ノイズについて!

難しい問題です。
有能でない方のお答えは・・・します。

オペアンプには、入力電圧ノイズと入力電流ノイズというものがあります。

単位は、v/√Hz、A/√Hzですね!

その周波数スペクトルは電圧ノイズはバイポーラ、jFET、mosFETともに1/fノイズ+フラットノイズです。

しかし、電流ノイズはjFETの場合。下の図(OPA134)のように周波数とともに上昇しています。

このメカニズムわかる方お願いします。

「オペアンプの電流のいずについて、」の質問画像

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A 回答 (4件)

> 質問の仕方がお気にさわったようで、すいません。


気にさわったんなてトンでもありません.
現に「入力換算雑音電流密度の周波数特性が高域になると約6dB/oct.の傾きで上昇するのは何故か?」とゆう質問に対し,無能な僕には理解できない回答とか,電圧雑音の話を書いたりとか,読むだけ時間の無駄で「有能でない方のお答えは・・・します。」ってゆうのは至極まっとうだと思います.

> ご指摘のADIの質問サイトにおいても、回答者がADIの職員(大学教授クラスの)ではないので難しいと思っています。
失礼ながら,アナログ系の学会主催の研究会に参加されたことがないんじゃないでしょうか?
一度でも参加されていれば(大学教授クラスの)などとゆう言葉は出てこないと思いますが.
質問サイトの左上にある「スタッフ」がADIの社員で,各スレを見ていると日本人スタッフではわからない質問は米国本社に問い合わせて回答が出ます.
なんでこんなことを書くのかとゆうと,ICの場合プロセスを知らないと細かい特性については理由を答えられないからです.
しかもADIとTI(BB事業部)はライバルだから,お互いの手の内はわかっているはずです.

IC内のJFETはディスクリートのJFETと違いイオン打ち込みで作られていて,回りの素子との絶縁はPN接合の逆バイアスか,誘電体分離で行われているんじゃないでしょうか?
考えるときにディスクリートJFETがどうこうとゆうのは,僕には理解できません.

この回答への補足

丁寧なご意見ありがとうございます。

とても参考になりました。

ありがとうございました。

補足日時:2011/04/15 11:41
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JFETの構造でゲートとソース、ドレイン間にはpチャンとnチャン間の空乏層で静電容量を持っています。


このCのインピーダンスは1/(ωc)となり周波数の低いときインピダンスは高く、高周波では低くなります。
電圧ノイズは線間インピーダンスZ1とこのCのインピーダンスZcの分圧でZc/(Z1+Zc)で
周波数が高くなるほど比例的に減衰します。
周波数の高いところからフラットになるのは、ソース、ドレインの抵抗成分でしょう。
Zcより抵抗成分が大きくなり支配的になるためです。
電流についてもZcのインピーダンスは周波数に比例して低くなって電流ノイズは大きくなって行くと思います。
周波数の低いところでフラットになっているのは同じくソース、ドレインのチャンネル抵抗成分がZcより小さくなって支配的になっていると思われます。

以上、参考になれば、幸いです。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

>電流についてもZcのインピーダンスは周波数に比例して
>低くなって電流ノイズは大きくなって行くと思います。

は核心部分です。

■■ご回答の上の部分にたいしての、私の考えです。
ゲートとチャネルに加えられた逆バイアス電圧によって流れる電流(ゲートのバイアス電流)に出てくるのがショットノイズかと思います。これはゲートーチャネル間の容量は無関係なのではないでしょうか?この電流(B電流+ショットノイズ)は電圧源から容量を通して出てきたものではないはずです。だからして、これが周波数とともにあがっていくことはないと思うのですが・・・ショットノイズはフラットなものですから・・・

■■この問題について長年考えています。

補足日時:2011/04/15 05:41
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このサイトで「有能なオペアンプ技術者に問う!ノイズについて!」ってゆうのは,「木に縁りて魚を求む」感じですね.


僕は無能ですが,僕から見ても更に無能なひとが多いようで質問に対する直接的なレスがつきませんね.
無能な僕の勘ぐりとゆうかシロート考えですが,入力容量によって入力からIC内部に流れ込んだ電流によるショット雑音によるんではないかと思います.
これが,入力容量のインピーダンスは周波数とともに低下するから,電流が増加してノイズは上昇するとか.

このサイトには専門家がいないんで,専門家のいるサイトで質問することを勧めます.
ここはOPアンプICの世界的トップメーカーであるADIが運営しています.
「失礼ながら他社製品ですが」と断りを入れて質問したらどうでしょうか?
http://www.bbs-reedjp.com/ADI/index.php?bid=4
日本法人でわからない質問については,米国本社に問い合わせてまっとうな回答が出てきます.

この回答への補足

■■ 回答ありがとうございます。質問の仕方がお気にさわったようで、すいません。私としてはちょっとふざけたこと言って気を引こうと思ったわけであって、それ以上のことはありません。ギャグです!

ご指摘のADIの質問サイトにおいても、回答者がADIの職員(大学教授クラスの)ではないので難しいと思っています。

この問題は20年くらい前に出てきたもので、私も凡人なので回答が見出せないままなのです。ヤフー知恵袋に出しても、満足のいく回答ありません。

■■ご回答にたいしての、私の考えです。
ゲートとチャネルに加えられた逆バイアス電圧によって流れる電流(ゲートのバイアス電流)に出てくるのがショットノイズかと思います。これにはゲートーチャネル間の容量は無関係なのではないでしょうか?この電流(B電流+ショットノイズ)は電圧源から容量を通して出てきたものではないはずです。だからして、これが周波数とともにあがっていくことはないと思うのですが・・・ショットノイズはフラットなものですから・・・

補足日時:2011/04/15 05:25
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入力オフセット電圧にのるものが入力換算電圧ノイズ,入力バイアス電流にのるものが入力換算電流ノイズです。


入力換算値なので,入力オフセット電圧と同様に増幅率倍されて出力に現れます。入力換算電流性ノイズは信号源の抵抗との積により電圧性ノイズとして現れるので,見かけ上信号源抵抗が高くなるほど出力に出てくるノイズは大きくなります。また,出力に出てくるノイズはオペアンプ回路の帯域によっても変化し,周波数特性のフラットな回路を作った場合,出力ノイズは帯域の平方根に比例して大きくなります。

これは、検索のトップ記載です。
これの意味が、分からないなら再質問してください。
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