20250226151434 オペアンプのノイズゲインとは

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東芝に非常に分かりやすいアプリケーションノートがある。 オペアンプの信号ゲインとノイズゲイン 簡単にまとめると、

• オペアンプのノイズは、非反転入力端子に加わるノイズ電圧として表現する。(これが本当に妥当なのかは別途要調査だけど、複数の文献がそういうモデリングをしているので、とりあえずアリとする)
• 非反転増幅回路の時は、信号とノイズは同じように入力され、帰還する。そのため信号ゲインとノイズゲインは一致する。
• 反転増幅回路の場合、信号のゲインは $-(R_2/R_1)$ だが、 ノイズゲインは $1+(R_2/R_1)$ となる。

オペアンプの信号ゲインとノイズゲイン より引用

反転増幅回路の場合、信号とノイズのゲインが異なる。

これも同じことを説明している。図が無いのと省略が多いので若干わかりにくい。 ノイズ・ゲインと信号ゲインの関係 | アナログ・デバイセズ

ノイズゲインはどのような時に気にすればよいか

オーディオ回路を作る場合、ノイズが大きくならない方がうれしいので、そこを考えた回路を作ると良いかもしれない。 だが、トレードオフがある。たとえばこの動画だと、サレンキー(非反転ベース)の方がゲインが1のフィルターだとノイズが有利だけど、ゲインやQを上げるとフィルタの特性が設計からズレる一方、多重帰還回路(反転ベース)ではゲイン1ではノイズが多くて不利だが、ゲインやQを上げても特性が安定する、ということが説明されている。 Filtering 101 : サレンキー回路 vs 多重帰還回路 | Analog Devices

より一般的には、オペアンプ回路の安定性の判定に使われる。ノイズゲインは大きい方が安定する。これは20240107082803 ユニティゲインが不可能なオペアンプがあるのはなぜ？ と同じ理由。 ノイズゲインだけを操作する方法がある。 詳細はこのドキュメントの参考文献を参照。 [raq-issue-91_jp.pdf]