• ベストアンサー

オペアンプの役割について

オペアンプの非反転増幅回路を用いて、0V~5Vの入力アナログ信号を上限電圧4.5Vと下限電圧0.5Vの出力電圧を得るためには、どのように考えればよいのですか?入力でいきなり6Vのアナログ信号が入ってきた場合に、上限電圧4.5Vの安定した出力を得るためには、非反転増幅回路を用いてどのように回路を構成すればよいかを教えてください。今大変困っていますので、よろしくお願いします。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • kabasan
  • ベストアンサー率44% (264/588)
回答No.6

非反転1段でとは、難しい注文なので悩んでしまいました。 無理矢理段数を減らすのはそれなりに妥協が必要って事で、以下のように考えました。(片手間のようで申し訳ない・・・・) 入力を4/5にするのは、抵抗分圧が簡単でしょう。 リミッタは、ダイオードを組み合わせるか、ツェナーでそれなりの数字に合わせましょう。ショットキーダイオードなら0.3V位の電圧降下ですから、13個直列にすれば、3.9Vです。コレで分圧した電圧のリミッタにします。下限については、オペアンプを単電源で使用すれば良いことです。上限リミッタのダイオードと逆にショットキーダイオード1個入れて下さい。 このようにして出来た0~3.9Vを加算回路(非反転増幅の応用回路ですね)に入れて、加算入力にやはり抵抗分圧で作った0.5Vを加えれば1段ですべてを「ある程度」満たした回路です。 コレについて、文章でわからなければ補足要求して下さい。

その他の回答 (6)

  • kabasan
  • ベストアンサー率44% (264/588)
回答No.7

大ウソだぁ~!!たぶん・・・・ 反転ばっかしつかってるからなぁ・・・・非反転でこの手の加算できねぇじゃん! しかも「専門家」にしちゃった・・・回路設計はしてるんですよホントに・・・・ 明日勉強しなおそっ! 申し訳ない。

1976no12ri29
質問者

お礼

お忙しい中、いろいろ考えていただきまして、ありがとうございます。とりあえず、貴殿のアイデアを参考にし、自分自身でもいろいろ考えて見たいと思います。もし何かいいアイデアがありましたら、よろしくお願いします。

  • anisol
  • ベストアンサー率48% (146/301)
回答No.5

たびたびすみません。まだ間違ってました(もおやだ…)。 -0.5Vに落としたとき出力のオフセットが+0.5Vになるのは2倍の非反転アンプ(R1=R2)の場合だけで、帰還抵抗に加えるオフセットに対して出力のオフセットは-(R2/R1)倍になるみたいです。例えば4倍のアンプでは帰還抵抗の一端は-0.1666Vにすると出力のオフセットは+0.5Vです。

1976no12ri29
質問者

お礼

遅くなってすいません。いろいろなアイデアありがとうございます。参考にしつつ、自分自身でも考えてみたいと思います。もし何かいいアイデアでもありましたら、そのときはよろしくお願いします。

  • anisol
  • ベストアンサー率48% (146/301)
回答No.4

すみません、訂正です。 帰還抵抗の普通は接地するポイントは、+0.5Vではなくて-0.5Vに落とします。これで+0.5Vのバイアスがかかります、失礼しました。負電源が必要なところがちょっと痛いですね。

  • anisol
  • ベストアンサー率48% (146/301)
回答No.3

あまりエレガントな回路じゃありませんが、分圧器を併用すれば非反転一段でできますね。例えば分圧器で1/5に分圧した後、4倍の非反転アンプで増幅します。帰還抵抗の通常接地する点は、別の分圧器で作った0.5Vの電圧ポイントに落とします。これで+0.5Vバイアスがかけられます。後は出力抵抗をつけて出力側でツェナーリミッタをかければよいでしょう。 実際問題になる点は、 ・信号源の出力インピーダンスに対して分圧器の合成抵抗値は充分大きくすること。ただしオペアンプの入力バイアス電流に対しては十分低くすること。 ・0.5Vを作る分圧器の抵抗値、つまり分圧器の出力インピーダンスは帰還抵抗の値に対して十分小さくすること。ただし分圧器での消費電流は大きすぎないよう、抵抗値は小さすぎてもダメ。 ・4.5Vのツェナーダイオードは手に入りにくいかもしれない。 など。 上の2点の問題からFET入力のオペアンプを使うのがいいと思います。もっとエレガントな回路は別の回答者の方におまかせします。

  • kabasan
  • ベストアンサー率44% (264/588)
回答No.2

ちょっと補足です。 基本的な非反転増幅では増幅率を1未満には出来ませんから、最初の2段は反転増幅で構成することになります。 反転+反転=非反転 コレじゃマズイですか? 説明などわからなければ、補足要求して下さい。

1976no12ri29
質問者

補足

いろいろありがとうございます。出来れば、1段のオペアンプ(非反転増幅回路)で上限値と下限値をとるリミッタ回路作りたいと思うのですが、それには無理がありますか?どう考えても、上限値と下限値を設定して、オペアンプとダイオードをつかうと3段の回路になってしまいます。非反転増幅回路では増幅率が1以下に出来ないことで、抵抗をいじくってるのですが、1段の回路だと0Vから0.5Vまであげることができないですよね?

  • kabasan
  • ベストアンサー率44% (264/588)
回答No.1

複数の機能をお望みのようなので、切り分けていきましょう。 1、5V以上の入力があった場合に、出力を上げない。(入力クリッピング) 2、5Vの入力変化を4Vの出力変化に圧縮する。 3、入力と出力を0.5Vオフセットする。 3段の回路で構成する方法を書きます。 1と2は普通の非反転増幅回路です。2の入力にツェナーダイオードなどを入れて、ツェナー電圧以上の入力があっても電圧が上がらないようにします。 1は入力5Vの時に、出力がツェナー電圧になるように増幅度を調整します。 2は入力がツェナー電圧の時、出力が4Vになるように調整します。 3は加算回路になります。2個の入力があって、1個は0~4Vの入力、もう一個は0.5Vの固定電圧を入力します。出力には0.5V~4.5Vが出てきます。 工夫次第で、1段のオペアンプで複数の機能を果たすことが出来ますが、それは応用問題って事でがんばって下さい。

関連するQ&A

  • オペアンプのインピーダンスについて

    オペアンプについて学んでいるのですが,インピーダンスについてわからない事が沢山あるので質問させていただきます. オペアンプでは,入力・出力インピーダンスという言葉をよく目にするのですが,実際に反転・非反転回路を使ってマイクなどからの信号を増幅させて使う場合,回路のどこを見て入力・出力インピーダンスが分かるのでしょうか? また,電圧フォロワを使わないで,回路を2つ組み合わせて更に大きい増幅率を出す場合,インピーダンスはどう考えたらよろしいでしょうか? お時間がありましたら,どうかよろしくお願いします.

  • オペアンプ

    初めてです。よろしくお願いします。 オペアンプの実験で増幅回路では入力電圧が下がるのに、反転増幅回路では 入力電圧が変化しないのはなぜですか??

  • オペアンプについて

    オペアンプについて質問です。大学の実験で図のような反転増幅回路、非反転増幅回路を構成して、右下のRLがない状態、RL=3kΩ、1kΩ、750Ωの状態で出力電圧を測定しました。結果は反転増幅回路の場合は出力電圧の絶対 値が大きい順に3kΩ、1kΩ、750Ω、無負荷となり、理論値との誤差もこの順番で大きくなりました。非反転増幅回路の場合は出力電圧の絶対値が大きい順に3kΩ、1kΩ、750Ω、無負荷となり誤差はこの順番で小さくなりました。どうしてこのような結果になったのか全く分からないので教えてください。負荷抵抗RLの有無、大きさによって出力電圧にはどのような影響が出るのですか?

  • オペアンプの非反転増幅回路

    opアンプの非反転増幅回路について。 電圧増幅率がAV=20[dB]である非反転増幅回路を設計したい。 ただし、オペアンプは理想的ではなく、その電圧増幅率が有限の値である。 この場合、非反転増幅回路の電圧増幅率AVの誤差を0.1以下とするためのオペアンプの電圧増幅率Aの下限を求めなさい。なお、抵抗値は誤差なく設定できるものとする。 至急、お願いします。

  • オペアンプを使った回路について教えてください

    オペアンプについて質問です。非反転増幅回路を作成し、いざ出力を測ってみると上手くいきません。入力電圧は100mV程度、電源電圧は15V、ゲイン10倍にしたのですが、出力がほぼ15Vになります。入力ピン間の電圧が約1Vと、入力電圧の約10倍になっていました。イマジナルショートになっていないのが問題だと思うのですが、原因は何が考えられるでしょうか?素子の接続を確認したのですが、出力から入力へのフィードバックはかかっています。よろしくお願いします。

  • オペアンプ

    オペアンプを使用して入力電圧を非反転で増幅させる回路を作成していたのですが、 途中、回路をいじってから、出力電圧が電源電圧とほぼ同じ値になったまま変化しなくなってしまいました. 上記のような症状の場合は、故障したの考えてよいでしょうか? お分かりになられる方がいらっしいましたらご教授御願い致します.

  • オペアンプの非反転増幅回路について

    オペアンプの非反転増幅回路を用いて0.56V程度の電圧を90倍して5Vの電圧を得られる回路を作りたいと考えています。オペアンプの電源にはレールスプリッタICのTLE2426で作った+-0,75Vの電圧を加え、90倍できるように抵抗の値を決め作ってみたのですが、+0.56Vでは90倍の出力は得られず、逆に-0.56Vの入力では90倍以上増幅されてしまいます。 このようなことが起こる原因としてどのようなことが考えられますでしょうか。 回答の程よろしくお願い致します。

  • オペアンプについて

    オペアンプを用いたアナログ演算回路について学びました。アナログ演算回路では、反転増幅回路や非反転増幅回路などがあるのが分かりましたが オペアンプを使った回路でアナログ演算回路以外のものにはなにかありますか? 教えてください。

  • オペアンプ

    オペアンプを用いた実験を行いました。 反転増幅回路を作成して、入力電圧と出力電圧を測定し、電源(直流安定化電源)の極性を反対にして同じ事をしました。 出て来た出力電圧の値が(電源の)極性が逆じゃないのと逆のとでは飽和した値が違うのです。 極性が逆の方が12Vぐらいで、逆じゃない方が9Vぐらいでした。 因みにブレッドボードを用いました。ブレッドボードは電源つきで12Vでした。 この差はなんでしょうか?? かなり困ってます教えてください!!

  • オペアンプのスルーレートと歪み

     今オペアンプについていろいろ参考書を元に勉強をしています。その中で次のような説明文がありました。  ・非反転増幅回路でオペアンプのスルーレートをSRとすると入力電圧eiを加えたときの電圧増幅度Avが Av=SR/(dei/dt) で示されるが、これより大きな電圧増幅度になるように回路定数を調整すると出力波形は歪む。  と書いてあるのです。  回路定数とはそのオペアンプを組み込んだ非反転増幅回路に組み込まれている抵抗の大きさのことでしょうか?またなぜこれより大きな電圧増幅度になるように調整すると、歪んでしまうのでしょうか?