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オペアンプ(反転増幅回路)について

  • 暇なときにでも
  • 質問No.199229
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お礼率 80% (822/1027)

初級者の質問ですので悪しからず。
演算増幅回路の基本的な回路で良く目にしますが、
オペアンプの記号の-側にあるRiと帰還回路にあるRfについて教えて下さい。
(1)RiとRfは一般的に何と呼べば良いのでしょうか?
(2)この値が何Ωが適切かというのを一般論で片付けられるものでしょうか?
また、+側にオフセットを打ち消す為の抵抗Rを+側~接地間に取付けたとして
(3)Rはどのような値にすべきなのでしょうか?
ちなみに抵抗はRi、Rf、Rの3種類しか用いません。(図で説明出来ないので)
こういう漠然と理解しにくい問題を出題されたので
出題者の真意が全く理解出来ずに参っています。
僕は分からないなりに問題ミスもあるような気がしてますし・・・。
どちらにせよ誤解を招くような出題をすること自体が浅はかと言うか・・(愚痴)
いや、出題者の意図をも推測して解かなければならない難問なのかな?笑

出来れば分かり易く説明していただけませんでしょうか?お願いします。
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質問者が選んだベストアンサー

  • 回答No.1
レベル9

ベストアンサー率 41% (32/77)

質問内容から「反転増幅器」の構成としてお答えします。

Ei=増幅器の入力電圧
E0=増幅器の出力電圧
Zi=増幅器の入力インピーダンス(構成が全て抵抗なら「入力抵抗」と考えて可)
このとき、
G(ゲイン)=Eo/Ei=-Rf/Ri、Zi=Ri となります*。

さて、質問(1)ですが、
一般にRiは「入力抵抗」、Rfは「帰還抵抗」でいいと思います。

(2)の+端子、グランド間に接続する抵抗Rについては、極端にオフセット電流の大きなオペアンプ
でない限りは、オフセットによって決めるよりもアンプとしての入力インピーダンス(抵抗)をいくつ
にするか、によって決ると考えてください。
すなわち、この構成の増幅器の場合入力インピーダンス(抵抗)は、ほぼZi=Riになり、

(3)このRの値は、
R=Ri//Rf=Ri・Rf/(Ri+Rf) ;RiとRfのパラ接続抵抗値にしますが、もしRf>>Riなら、R=Riにします。

*この構成では、+側の”交流電位”はゼロ[V]ですから、-端子の”交流電位”もゼロ[V]になります。
したがって入力端から見た入力インピーダンス(抵抗)は、Riになるわけです。

図がないので解りにくいかも知れませんが、この内容を図に書いてみれば解りやすいと思いますので
やってみてください。

★この回答に疑問がある、間違いだという向きがあるかもしれませんが、その際は遠慮なく別回答を
お寄せください。
お礼コメント
sakocchi

お礼率 80% (822/1027)

遅くなりましたが、ありがとうございました。
大変分かり易く、参考になりました。
投稿日時 - 2002-01-27 02:18:44
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  • 回答No.2
レベル10

ベストアンサー率 44% (58/130)

大学で実験物理をやっている者からコメントします。 問題は(2)ですね。 OPアンプ回路のゲインを定めたとしても、考えられる外付け抵抗の組み合わせ方は無数にあります。最適な抵抗値を如何に決めるかという問題です。 一般論としては、前段につながる回路(センサー)系の出力抵抗、問題とするノイズの種類、周波数特性、抵抗の誤算の出やすさ、電流許容範囲などが、先ず考慮すべき事柄ということになります。例えば ...続きを読む
大学で実験物理をやっている者からコメントします。

問題は(2)ですね。
OPアンプ回路のゲインを定めたとしても、考えられる外付け抵抗の組み合わせ方は無数にあります。最適な抵抗値を如何に決めるかという問題です。

一般論としては、前段につながる回路(センサー)系の出力抵抗、問題とするノイズの種類、周波数特性、抵抗の誤算の出やすさ、電流許容範囲などが、先ず考慮すべき事柄ということになります。例えば、大きな抵抗値の組み合わせを使うと、電流性のノイズやバイアスの影響を受けやすく、かつ、高周波特性も不利になります。一方、抵抗が小さいと、前段の出力抵抗の影響による誤差が出やすくなり、また、電流的な負荷が過重となる危険も出てくる、といった具合です。その他、詳しい説明は、OPアンプ回路のテキストや雑誌記事に多数あるはずです。

ただし、近年は性能の方向を特化したOPアンプが数多く開発されておりますので、一般論は役に立たないことも多いです。例えば、OPアンプの種類によっては、帰還抵抗を100Ω以下にせよとか、「オフセットを打ち消す為の抵抗R」はつけない方がいいとか明記されていたりします。現実的には、まずどのような性能を重視するかという方針を決め、それに適するOPアンプICを選び、その後に、そのICのデーターシートを見て、推奨の回路方式と外付け部品の定数を選ぶというのがうまい方法です。結局、どういう目的に使うのかが明確でないと、設計の最適化はできないということです。

ところで、出題者の真意云々のことですが、このような回路製作の実際をよくご存知の方が、「本を写したりするのではなく、自分の責任で製作する立場に立つことを想像して、少し本気で考えてくれよ」という気持ちで出された問題ではないかと思います。「浅はか」などと言わずに、書きたいことが湧き出てくるように勉強されることをお勧めいたします。
お礼コメント
sakocchi

お礼率 80% (822/1027)

遅くなりましたが、ありがとうございました。
参考になりました。
ちなみに説明する程の解答欄がないので・・・やっぱり出題の仕方が変です。
何せ、図以外は何の条件も与えられてないのですから・・・。
投稿日時 - 2002-01-27 02:20:31


  • 回答No.3

既に反転増幅器の説明がなされていますので。補足のみ。Riは入力インピーダンスになりますので、つながる信号源のインピーダンスより大きくする必要があります。アンプなどのアクティブな信号源ならドライブ能力を超えないように選びます。つまりImaxの電流が流せる信号源でVmaxの出力を出す信号源ならRi>Vmax/Imaxにします。大きければその分雑音が増加しますので必要以上に大きくしないようにします。Rfは必要な ...続きを読む
既に反転増幅器の説明がなされていますので。補足のみ。Riは入力インピーダンスになりますので、つながる信号源のインピーダンスより大きくする必要があります。アンプなどのアクティブな信号源ならドライブ能力を超えないように選びます。つまりImaxの電流が流せる信号源でVmaxの出力を出す信号源ならRi>Vmax/Imaxにします。大きければその分雑音が増加しますので必要以上に大きくしないようにします。Rfは必要なゲインにより一義的に決定されてしまいます。
入力バイアスの保障用の抵抗R=Ri//RFはバイポーラタイプのOPAMPのように入力バイアス電流によるオフセットを保障するためのものですので、FET入力のOPAMPには必要ありません。ただ雑音を増やすだけです。R*Ib
(Ibは入力バイアス電流)がオフセット電圧になりますのでこの値が目的のオフセット電圧値より小さければやはり必要ありません。
お礼コメント
sakocchi

お礼率 80% (822/1027)

遅くなりましたが、ありがとうございました。
参考になりました。
投稿日時 - 2002-01-27 02:21:31
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