オペアンプに電源を入れただけでノイズがたくさん出るのですが・・・

質問

オペアンプを使って電流電圧変換器を作りました。
帰還抵抗値は10kΩ、パスコン容量は10pF、帰還容量は1pFです。
これをスペクトラムアナライザで見てみると入力段に何も信号を入れなくても、大量のフロアノイズ及び周期的なノイズピーク(凡そ100kHzおき）に出ています。
この原因は何なのでしょうか？
こんな簡単にオペアンプが発振するとは思えないのですが・・・
いろいろ考えてみたのですが、分かりませんでした。
どなたか知ってらっしゃいましたら教えて下さい。

回答No.3

inara1 · ベストアンサー

OPA2604のデータシート１ページ目の FEATURES を見ると、ゲイン1で安定（ UNITY-GAIN STABLE）と書かれていますので、帰還率が1でも発振しないと思います。念のため、オープンループゲイン/位相の周波数特性（4ページ）を見てみましたが、Voltage Gain = 1 （ 0dB ）のときの位相余裕が40度あるので、反転入力（－）と出力間に帰還抵抗を入れた状態で、反転入力をopenにしても発振しないと思います。

OPA2604の実物が手元にないので、回路シミュレータ（Circuit Maker）で様子を見てみました。オペアンプを OPA2604 とし、帰還容量を Cf = 1pF、帰還抵抗を Rf = 10kΩ～500kΩ、非反転入力（＋）＝0V として出力波形を見てみましたが異常はありませんでした。他に考えられる発振の原因として以下の３つがあります。
　　　（１）　容量性負荷による発振
　　　（２）　パスコンが10pFと小さいことによる発振
　　　（３）　反転入力端子の容量による発振
（１）については、データシート9ページの FIGURE 2 に、大きな容量性負荷の駆動回路の例が出ているので、出力端子に10000pFの容量をつけてシミュレーションしてみましたが発振しませんでした（出力電圧は完全なDCではありませんがnV未満のAC信号しか出ません）。（２）については、電源ラインに配線インダクタンスを模した 0～500μH のコイルを入れてみましたがこれでも発振はしませんでした。（３）についてですが、反転入力端子（－）と負荷に付けた静電容量がともに数千pFの場合に、Rf = 10kΩ で発振し、Rf = 500kΩでは発振しないとういう現象が見られました。可能性としては低いと思いますが、反転入力端子（－）と出力端子の両方に大きな容量（数十mの同軸ケーブルなど）がつながっていませんか？

＞クローズループでのゼロクロスポイントの計算はどうすれば良いのでしょうか？
ちょっと時間をください。

回答No.2

inara1

パスコン容量10pFというのは本当ですか？
オペアンプの電源リップル除去比（PSRR）は数十Hz以上で悪くなるので、電源に100kHzやその高調波のノイズが乗っていると、出力に出てきやすくなります。電源ラインのスペクトルはどうなっていますか？オペアンプの型番も教えてください。

お礼

回答ありがとうございます。

私は電源が原因ではないように思います。
実はもともと500kΩの抵抗がついていたものを10kΩに取り替えただけなのですが、500kΩの抵抗がついていたときには
問題なく動作していました。
いろいろ調べたところオペアンプの発振が原因ではないかと考えています。

オペアンプは以下のものを使っています。
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/opa2604.html

P.4のOPEN-LOOP GAIN/PHASE vs FREQUENCYのところでは、ゼロクロスポイントは-140°ほどになっています。

ここまで分かっているのですが、以下の質問にお答えねがえないでしょうか？
・この条件ではクローズループでのゼロクロスポイントの計算はどうすれば良いのでしょうか？
・オペアンプの発振に関してですが、今回の場合にはオープンループでの、ゼロクロスポイントは-140°となっていますが、
例えばこれが-90°とか高い値であれば、帰還率は必ず1以下になるので、クローズループにしたときに
ゼロクロスポイントは-90°より下がらず、どんな回路構成にしても絶対に発振しないように思うのですが、
どうでしょうか？

お願い致します。

回答No.1

myeyesonly

こんにちは。
発振ならばオペアンプが結構熱くなると思います。

>何も信号を入れなくても・・・この時、入力端子はどういう状態になってますか？

恐らく、入力端子開放で測定してるのではないでしょうか。
その場合、帰還抵抗が１０ＫΩなら、入力インピーダンスは１０ＫΩですから、かなりインピーダンスが高いので、外来雑音を拾いやすいと思います。

現在では、電源のスイッチングアダプターの普及で、その帯域のノイズ源は非常に多いです。