オペアンプのノイズを理解しよう！エンジニアへの第一歩

周波数に依存しない、つまり周波数に相関なくランダムに発生するノイズであり横軸を周波数、縦軸をノイズ密度とするグラフを描いた際に、フラットな特性を持ったノイズのことでホワイトノイズと呼ばれます。

周波数に依存する、つまり周波数によって大きさのかわるノイズで、周波数に反比例して小さくなることから1/fノイズ(フリッカノイズ)と呼ばれます。
その傾きは10dB/decで下の図のように横軸、縦軸とも対数で表示した場合、直線に見えます。

上の図からわかるように周波数が低くなるほど周波数に依存した1/fノイズが大きくなっています。
逆に周波数が高くなると1/fノイズが小さくなっていき、周波数に依存しないホワイトノイズの方が大きくなるため、高周波ではフラットな特性が現れます。
ここで、1/fノイズとホワイトノイズが入れ替わる、つまり同じレベルになる周波数をコーナー周波数と呼びます。
オペアンプ自身の持つ帯域もありますが、オペアンプを使った回路で制限される帯域がこのコーナー周波数よりも十分高い場合、1/fノイズはほとんど無視することができます。

上の図は先ほどのグラフと同じですが、対数ではなくリニアに表示したものです。
横軸の最大が1MHzとなっていますが、トータルのノイズはノイズ密度を積分していったものなので、全体でみると1/fノイズの影響が小さくなることが理解できると思います。

ノイズは広い周波数領域にわたって分布していて、周波数によってそのエネルギーの大きさが異なる場合がほとんどです。
ノイズを分析するときにどの周波数のエネルギーが大きいのか、逆にどのエネルギーが小さいのかを確認するため、ノイズの大きさを単位周波数あたり、つまり帯域幅1Hzあたりの電力（エネルギー)として表現しています。
これをノイズ電力密度といい、W/Hz(1Hzあたりの電力)で表します。
しかし、電気回路の世界では、ノイズは電力でなく電圧で考える方が便利なことが多いため、ノイズ電圧密度が使われます。
電力は電圧の2乗に比例することから、ノイズ電圧密度ではV/√Hzという単位を使います。
2乗に比例するならV²/Hzではないか、とツッコミが入りそうですが、そのとおりです。
しかし、Vの2乗で記載されると、じゃあ、結局何Vのことなの？と、電卓をたたくことになるので、V/√Hzと少し馴染みのない表現が使われているのです。