株式会社エヌエフ回路設計ブロック
計測なんでもHOTLINE 0120-545838
Google

技術情報:計測お役立ち情報

プリアンプとフィルタの使い方

アンプのノイズ

アンプは、「自分自身がノイズを発生しない」というのが理想です。しかしながら、必ずアンプはノイズを発生します。アンプのノイズがどれくらい影響するものなのか?
アンプ内の各所で発生するノイズが、すべてアンプの入力箇所で発生したものと仮定したノイズを「入力換算雑音」で表します。
アンプの入力換算雑音レベルが信号入力レベル以上であれば、信号はアンプ自身の発生するノイズに埋もれてしまいます。
微少信号を増幅する場合は、特に入力換算雑音レベルと信号入力レベルの比が重要になります。 

アンプの雑音は・・・・

  • 低い周波数では1/fのノイズがあり、周波数が低い程大きくなります。
  • 高い周波数でもノイズが増加します。
  • ノイズの分布が平坦な周波数帯域では、ノイズレベルは周波数帯域の平方根 (√) に比例します。
  • 信号側(信号源) のインピーダンスによっても影響を受けます。
    アンプの入力側のSN比と出力側のSN比を比較したものが、「ノイズフィギュア」です。
    信号源インピーダンスと信号周波数とノイズフィギュアの関係を等高線のように表した特性図がよく用いられます。  

入力換算雑音電圧密度

入力換算雑音電圧密度

ノイズフィギュア

ノイズフィギュア

ノイズの実例とアンプの組み合わせ例

プログラマブルゲインアンプ CA-206L2の場合 

CA-206L2は、
 入力換算雑音:1kHzで7nV/√Hz(typ.)
 G=最大100
 周波数帯域:500kHz
ですから、
 7×√(500×1000) =4,949nV
約5μVです。
利得が100倍の時、出力では500μVなので、5μV以下の入力信号は、ノイズに隠れてしまいます。
信号が5μV、ノイズも入力側に5μV存在することと等価のため、出力ではノイズと信号が同レベルになってしまいます。

CA-206L2の場合
低雑音増幅器 CA-261F2の場合

CA-261F2は、
 入力換算雑音:1kHzで0.8nV/√Hz(typ.)
 G=100
 周波数帯域:200kHz
ですから、
 0.8×√(200×1000) =358nV です。
利得100倍で出力は約36μVとなり、CA-206L2の1/10以下です。
アンプが発生するノイズが小さいので、十分なS/Nが得られます。

CA-261F2の場合

 

それでは、上のCA-261F2とCA-206L2を組み合わせて、10万倍 (100dB) 増幅してみます。

(入力信号 5μV)

CA-261F2とCA-206L2

▲ 2段目のアンプの出力ノイズは・・

式

 

この例のように、アンプを組み合わせて増幅するときは、アンプ自身のノイズを考慮して、初段には低雑音アンプ使用することが、ポイントとなります。