オペアンプを用いた回路について

質問

オペアンプについてわからない事があるので教えてください。
入力Vmax=10mV、周波数1～100[kHz]の正弦波をオペアンプを用いた反転増幅器に入力し、その出力を更にオペアンプを用いた微分回路に入力し、その出力電圧を測定しました。
その結果、1～10[kHz]まではほぼ理論通りの結果になりますが、10[kHz]以上では理論値＞実験結果になります。
理論値は周波数特性も含めて計算し、シミュレーションソフトでも同じような値になったため間違いないと思います。

色々調べた結果、浮遊容量や、オペアンプ内部のトランジスタの寄生容量が関係しているかもしれないという事が書いてあったのですが、寄生容量や浮遊容量は静電容量なので周波数が高くなればその影響は少なくなりますよね。

周波数を高くしていくと理論値と実験結果がずれてくる理由はほかに何が考えられるでしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.4

inara1 · ベストアンサー

＞実験結果はグラフの形だけみれば計算結果、シミュレーション結果及びinara1さんの示してくれた利得の周波数特性とピッタリ合います
何と何が同じなのかよく分かりませんが
　　　実験結果 ＝ 計算結果 ＝ シミュレーション結果 ＝ 参考URLのTL071の場合の特性
　　　理論値 ＝ 参考URLの理想オペアンプの場合の特性
ということですか？だとしたら、質問文にある 「10kHz以上では理論値＞実験結果 」 となるのは、実際のオペアンプの周波数特性（利得帯域幅積）が有限だからです。

回答No.3

inara1

補足にあるオペアンプと抵抗値と容量値でシミュレーションしてみました。
最大利得が 263倍（48.4dB） at 20kHz、入力レベルが ±10mV なので、出力レベルは最大 ±2.63V となります。オペアンプの電源電圧は ±4.5V 以上必要です（片電源なら 9V 以上）。TL071を使った場合の利得の周波数特性は参考URLの左側のようになります。右側は理想オペアンプの場合です。実験結果はどちらに近いですか？計算と回路シミュレータの結果というのは、TL071 の特性を使ったものでしょうか、それとも理想オペアンプの場合でしょうか。

補足

計算結果とシミュレーションはTL071の特性を使ったものです。
実験結果はグラフの形だけみれば計算結果、シミュレーション結果及びinara1さんの示してくれた利得の周波数特性とピッタリ合います。

回答No.2

tance

＞静電容量なので周波数が高くなればその影響は少なくなりますよね。

これは逆です。静電容量のリアクタンス（抵抗のようなもの）は
周波数が高くなると反比例して小さくなるので、高周波ほど静電容量が
無視できなくなります。

その視点で見直してみてください。

補足

浮遊容量について勉強不足でした。
もう少し考えてみます

回答No.1

inara1

理論値は計算と回路シミュレータで求め、どちらも同じような周波数特性になったということですね。回路シミュレータのモデルにはオペアンプの入力容量やオペアンプ自身の周波数特性が普通入っています。

回路シミュレータで帰還抵抗を理想抵抗としているのなら、厳密には帰還抵抗の寄生容量も考慮しなければなりませんが、10kHz程度の周波数なら、帰還抵抗が100MΩ以上でもない限り、その影響は一般に無視できると思います。出力信号レベルが大きいと波形がクリップしたり、スルーレートの影響で信号が歪んだりしますが、計算と回路シミュレータの結果が一致しているということは、その影響でもなさそうです。

質問文だけだと原因を推定しにくいので以下の補足情報をお願いします。
　・オペアンプの型番
　・オペアンプの電源電圧
　・抵抗値（Rs、Rf）
　・オペアンプを使った微分回路はどのようなものか
　　　　　　　　　　　　　　 ┌─ Rf ─┐
　　　　　　　　　　　　　　 │　　　　　 │
　Vin( 10mV) ─ Rs ─┴┤- ＼　 │
　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　 >┴─ C ─┬─ 出力
　　　　　　　　　　　　　　 ┌┤+　／　　　　　　　 R
　　　　　GND ────┴────────┴─

補足

回答ありがとうございます。説明不足で申し訳ありません。
・オペアンプの型番
TL071CPを使用しました。

・微分回路
反転増幅回路のRsにコンデンサを直列接続したものを使いました。

・抵抗値
反転増幅器：Rs=1[kΩ]　Rf=56[kΩ]
微分回路：Rs=100[kΩ]　C=220[pF]　Rf=470[kΩ]

オペアンプの電源電圧は覚えてないです。申し訳ありません。