PCB技術 - アンプの不調電圧パラメータの測定方法及び注意事項

直流結合回路では、直流ノイズの測定と評価は避けられません。増幅器の不調電圧パラメータは直流ノイズの重要な構成部分として最初に言及されました。本文では、LTspiceシミュレーションを通して、増幅器の不調電圧パラメータの測定方法と相応の注意事項への理解を助け、及び不調電圧処理方法を提供することを紹介しました。

1.失調電圧測定と注意事項

　マイクロボルトからミリボルトの範囲の入力失調電圧を測定するには、試験回路が発生する誤差が失調電圧自体よりはるかに低く、入力失調電圧を測定装置の有効な分解範囲に処理する必要があります。図2.19のように、ADA 4077-2を用いて反転増幅回路を構築し、±15 V電源に電力を供給し、入力端信号を接地し、抵抗R 1の抵抗値は10Ω、帰還抵抗R 2の抵抗値は10 KΩです。同相入力端子整合抵抗R 3は10Ωです。この回路のノイズ利得は1001倍です。試験では高電圧計を用いて増幅器出力端（Vo）の電圧を測定しました。出力電圧を回路ノイズ利得で除算し、ADA 4077の入力側の不調電圧を得ました。

図2.19 ADA 4077-2入力不調電圧試験回路

　アンプ入力の不調電圧パラメータを実測する際には、次の点に注意する必要があります。

（1）給電電源には低リップル、低ノイズ、例えば電池が必要です。

（2）回路の動作温度は25℃に保証され、発熱源から離れています。電気回路上の電気動作が安定し、カード温度が変化しなかった後に測定します。

（3）変調電圧試験誤差は、2つの異なる金属接続によって形成された寄生熱電対接合点から生じる可能性があります。例えば、回路同相入力端の抵抗R 3は、反転入力経路中の熱電対ノードと整合することができます。熱電対電圧範囲は通常2 ~ 40μV/?C以上であり、温度によって明らかに変化します。

（4）抵抗の2つのピンを同じ金属に溶接する（PCB銅を引き廻す）と、2つの大きさが等しく、極性が反対の熱電電圧が発生します。両者の温度が完全に同じである場合、この2つの熱電電圧は互いに相殺されます。したがって、パッドとPCBの引き廻し長さを制御し、温度勾配を小さくすることで測定を高めることができます。

　LTspiceを用いて図2.19の回路を過渡解析しました。その結果は図2.20のようになります。ADA 4077-2の出力電圧は-35.268 mVです。入力端子に換算した不調電圧は-35.220μVで、ADA 4077の不調電圧範囲内です。

ADA 4077-2不調電圧シミュレーション結果

2.失調電圧処理方法

　出力直流ノイズが大きい場合は、回路の補正が必要です。初期の単一チャネル増幅器は、電圧較正を乱すピンを有していました。例えば、多くのエンジニアがよく知っているOP 07は、ポテンショメータを使用してこの機能の1足、8足を接続し、ポテンショメータの分圧所を電源に接続します。増幅回路の設計が完全であれば、失調調整範囲は等級デバイスの失調電圧の2〜3倍を超えません。しかし、実際の回路では、これらのピンにノイズがないことを保証することはできないし、長いワイヤを使用してピンを遠く離れたポテンショメータに接続することを避けることはできません。これらの要因は、不調電圧補正の難しさを高めます。したがって、このピン機能の使用は理想的ではありません。OP 07代替交換品ADA 4077-1において、8脚はすべてNICと定義され、すなわち内部にピンが接続されていません。

　現在主流の失調電圧処理方法は外部方法を採用して、すなわちプログラム可能な電圧を用いて失調電圧調整を実現します。例えば、デジタルアナログコンバータやデジタルポテンショメータを使用します。

　以上より、直流ノイズを引き起こす重要な要素として、不調電圧があり、シミュレーションエンジニアは測定方法を把握しなければなりません。また、失調電圧の補正方法は、出力直流ノイズの補正に拡張することができます。

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