オペアンプのノイズ：信号経路に抵抗はいつありますか？

抵抗が信号経路にあると見なされるときと、オペアンプのノイズ計算になるとそうでないときは混乱します。たとえば、次の回路を考えてみます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

非常によく似た回路がDouglas Selfの本に掲載されており、（非反転入力の）信号経路の唯一の抵抗は100オームの抵抗R3であるため、R1とR2はノイズに寄与しないと述べています。抵抗はノイズジェネレーターと直列に接続された理想的なまたはノイズのない抵抗器のようにモデル化できるというのが私の理解でした。たとえば、R1を次の式で与えられるノイズジェネレーターで置き換えると、$\sqrt{4KTBR}$R1を直列に接続すると、そのノイズジェネレータはオペアンプのノイズゲインによって増幅されます。なぜR1とR2は信号経路にないのですか？

著者は、バイアス電流を補償するために非反転入力に抵抗を備えた単純な反転増幅器である次の回路についても言及しています。

^{この回路をシミュレート}

この場合、著者は抵抗器R3がノイズを引き起こすと述べているので、私はわかりません。両方の回路で非反転入力に接続された抵抗がありますが、最初の回路ではノイズを生成しませんが、ノイズを生成します。 2番目の回路では、抵抗が（信号パスで）ノイズを生成するときと生成しないときはどうすればわかりますか？直感的には思えない。

編集：最初の回路をシミュレーションしてノイズ解析を実行しました。R3の値が小さい場合、R1またはR2の値を変更してもノイズ出力には影響せず、ノイズはR3にのみ依存します（フィードバック抵抗器）とオペアンプのノイズなど。Imは非反転入力にのみ焦点を当てていますが、R3が小さくない場合、R1またはR2の値はノイズ出力に影響しますが、これは分圧器の効果によるものと思いますR1またはR2が総ノイズ出力に寄与しているのではなく、最初の抵抗R3のノイズを減衰させているため、混乱を増すために、非反転入力の信号パスにあるのはR3だけであり、 R1とR2は出力に熱雑音を与えません、私はこれを理解していません。より簡単なシミュレーションを行うと、

2番目の回路もシミュレーションしました。実際、（2番目の回路の）R3は、値を変更するとノイズ出力に影響します。したがって、私の観察は次のとおりです。非反転増幅器として使用する場合の非反転入力のシャント抵抗はノイズに寄与しませんが、反転増幅器として使用する場合の非反転入力の抵抗はノイズに寄与します。

すべての抵抗はノイズの原因となります。回路を注意深く見ると、2つのことに気づきます。

1. R1とR2のノイズ源は、ノイズに約60dBの減衰を与える非常に大きなディバイダーに遭遇します。
2. これらのノイズソースは、ノイズスペクトルをさらに低下させる非常に強力なローパスフィルターに遭遇します。

しかし、これは「信号経路にある」こととは関係がありません。R3が大きく、コンデンサが小さい場合、同じトポロジと周波数応答を維持しながら、ノイズの影響が支配的になります。

「信号経路にいる」とは、せいぜい、適切な設計の選択（つまり、R3を小さくする）に導くある種のニーモニックデバイスですが、回路分析ツールではありません。

抵抗が「信号パス内」にある場合、それは実際には抵抗と信号の両方が等しく影響を受けていることを意味し、信号に影響を与えないノイズを低減するために設計でできることは何もありません。したがって、そのノイズの影響をできるだけ小さくするか、完全に回避する必要があります。

私は低ノイズ回路を設計しました。この回路では、主要なノイズ要因のいくつかは、差動ペアのテール（ICの反対側のコーナー）のトランジスタにバイアスをかける電流源トランジスタです。それよりも「信号経路」から離れたものはあり得ません。

1番目の回路では、C1は十分に高いので、これを短絡と見なすことができます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

抵抗はどちらかでモデル化できます。

• ノイズ発生器の電圧源が直列に接続されたノイズのない抵抗器、
• または並列にノイズ発生器電流源を備えたノイズのない抵抗。

したがって、R2とR1を2番目のモデルで置き換えると、総ノイズジェネレータ電流源n1 + n2は重いローパスフィルター（C2 = 100nF＆R2 || R1 = 69k）となり、f _C = 23Hz）：

^{この回路をシミュレート}

したがって、ノイズはおそらくフィルタリングされます（並列RCフィルターは、電流源によって駆動される場合にのみ機能することに注意してください）。

2番目の回路では、抵抗をノイズモデルに置き換えた場合、フィルタリングがないことがわかります。おそらくそれが、ノイズが完全に出力に反映される理由です。