電子工作、エレクトロニクスの寄り道

抵抗等の雑音測定(17) MTZJ10Bに「海竜賞」

　再度ＭＴＺＪ１０Ｂの雑音測定です。今回は、雑音測定用アンプのゲインを４０ｄＢにしてみました。Ｒ１とＲ２がちょうど９倍になる組み合わせとして、３ｋと２７ｋがあります。まあ、カーボン抵抗の誤差が５％ぐらいあるので、ここでちょうど合わせても、どれほどの意味があるのよ、って感じもしますが、まあ気分の問題です。測定回路のほうは変更ありませんが、測定回路Ｅです。
　結果はご覧のとおりでしたが、ＲＭＳ＝−２６．１３ｄＢになりました。測定アンプのゲインを下げているので、これは９８７ｎＶ／√Ｈｚに相当します。いや〜、すごい白色雑音ですねえ。ここまでくると、測定系の雑音なんて関係ないですね。Ｓ／Ｎ比が大きいから。いや、Ｎ／Ｎ比か（笑）。以前、オペアンプの雑音測定で、５３．８ｎＶ／√Ｈｚのホワイトノイズを記録した、ＳＴのＬＭ３５８Ｎに「輝く白さ賞」を贈りましたが、それを１０倍以上上回る、素晴らしい（？）記録です。
MTZJ10Bに「海竜賞」を贈ります！
　素子が違うとはいえ、ドラクエ８に出てくる、海竜のジゴフラッシュに匹敵するかのごとき強い白色雑音ですよね。海竜のジゴフラッシュが一瞬の輝きであるのに対して、こちらは連続攻撃だという点もすごいです。各種のツェナーダイオードの中で、ＭＴＺＪシリーズが特に雑音が大きいということではないと思いますが（笑）。

抵抗等の雑音測定(16) 各種電圧基準素子

　ＭＴＺＪ１０Ｂの雑音がすごすぎて、測定できなかったので、測定用アンプのゲインを１０ｄＢ下げ、６０ｄＢにして再測定してみました。ところが、まだ振り切れるのです。きゃ〜、すごい！　もっとゲインを下げないとダメですね。さすが雑音発生器です（笑）。
　
　ところで、トランジスタ技術２０１１年４月号の馬場氏の記事によると、代表的な基準電圧素子とその特徴は表のようになるそうです。ツェナーダイオードの雑音は大きいものだと思っていたのですが、ツェナーダイオードがノイズや安定度に難があるのは、シリコンの表面で降伏現象が起きるからで、ツェナーダイオードをＩＣ内部に作りこんだ埋め込みツェナーダイオードなら、これらの欠点は解消されるそうです。へえ〜って感じです。また、基準電圧源として優秀なバンドギャップリファレンスも、普通のシャント型はノイズが大きいそうで、残念ですね。

抵抗等の雑音測定(15) ツェナー電圧の高いものは

　ルネサスの資料では、普通のＨＺシリーズの場合、ツェナー電圧が９Ｖ以上の高いものは、雑音が大きくなるようです。メーカーが違うのですが、ロームのＭＴＺＪでも同様の傾向なのでしょうか。
　ということで、同じシリーズのＭＴＺＪ１０Ｂの雑音を測定してみませう。ちなみに、ツェナー電圧は９．４１Ｖ〜９．９０Ｖとなっています。測定回路Ｅにすると、電流は１．７〜１．８ｍＡ程度となるようです。ＭＴＺＪ６．２Ｂの雑音を測定した、（１０）と（１３）の測定電流の中間ですね。
　で、測定したのが図です。ツェナーダイオードの電流は１．６３ｍＡでした。そんなことより、ＲＭＳ＝−１．５５ｄＢとなりまして、すごい雑音です。ＭＴＺＪ６．２Ｂより２０ｄＢ以上大きい雑音ではないですか。そして、何と、Ｗａｖｅ画面が振り切れています！　きゃー、雑音が大きすぎて測定範囲を超えています！！

抵抗等の雑音測定(14) ルネサスの技術資料であれっ？

　ルネサスの技術資料に、ツェナーダイオードの雑音に関する情報がありました。
　まずこの図の見方ですが、雑音出力というのは、ＡＭＰの出力電圧なのか、入力側の電圧なのかですね。例えば雑音出力が１０μＶだとして、帯域幅が４ＭＨｚということは、平均して、５ｎＶ／√Ｈｚになります。もし、ＡＭＰの出力電圧だとしたら、ＡＭＰの利得が４０ｄＢですから、入力側の雑音電圧密度が０．０５ｎＶ／√Ｈｚということになりますが、そんなに低雑音なワケがありません。これは、「入力側の雑音電圧密度」だと判断していいでしょう。も少し資料をわかりやすくして欲しいですね。それと、雑音に関する資料を見ていていつも思うのですが、雑音の大きさは、Ｖ／√Ｈｚの単位で表してほしいですね。Ｖで表現されたって、帯域幅で変わるでしょ！と言いたい・・・ぶつぶつ

　さて、「抵抗等の雑音測定(10)」で測定した、ロームのＭＴＺＪ−６．２Ｂの雑音が、電流３ｍＡ弱の時に、２２．５ｎＶ／√Ｈｚでした。ツェナー電圧が近いＨＺ６Ｂ２と比較して、ＭＴＺＪ−６．２Ｂのほうが雑音が大きいのでしょうか？　いやいや、測定条件が違いますし、特に測定している周波数帯域が全然違いますからね、比較する意味はあまりないでしょう（笑）。

　ルネサスのこの技術資料を見るといろいろ参考になります。
○ツェナー電流が小さいと雑音が大きくなる傾向がある。
○汎用のＨＺシリーズで、ツェナー電圧が９Ｖ以上のものは雑音が桁違いに大きい。アバランシェ降伏というやつは雑音が大きいようだ。
○低雑音のＨＺ−Ｌシリーズというものがあるが、ＨＺ６Ｂ２とＨＺ６Ｂ２Ｌを比較した場合、ＨＺ６Ｂ２Ｌのほうが雑音が大きく見える。　あれっ？

抵抗等の雑音測定(13) ツェナーの電流を少なくしたら

　ツェナーダイオードの雑音というのは、流す電流によって大きさが変化すると言います。しからば試してみようということで、測定回路Ｅに戻り、Ｒ１１を大きくしてみませう。
　
　Ｒ１１を１０ｋΩにした結果はご覧のとーりでしたが、ＲＭＳ＝−２４．８２ｄＢで、雑音電圧密度で３６．３ｎＶ／√Ｈｚであります。測定系の雑音１２．４ｎＶ／√Ｈｚを差し引くと、３４．１ｎＶ／√Ｈｚです。
　Ｒ１１が２ｋΩのとき、２２．５ｎＶ／√Ｈｚでしたから、雑音が大きくなっています。６割ぐらい雑音が大きくなったんですね。やはりツェナーダイオードの電流を減らすと雑音が大きくなるようです。