オペアンプを用いた回路の周波数特性について。

質問

工学部電気系の学生です。

http://proxy.f3.ymdb.yahoofs.jp/bc/45bdc3fe_169f/bc/%a5%de%a5%a4%a5%c9%a5%ad%a5%e5%a5%e1%a5%f3%a5%c8/ope.jpg?bcCvuRGBYmorLgZG

リンクにある回路の利得の周波数特性を測定し、理論値と比較したところ、低周波域では一致するものの、高周波域では「実験値＞理論値」となって違いがみられました。

この原因をネットや本などで1日中調べたのですが、結局わかりませんでした（オペアンプにあまり詳しくないもので）。こうなる理由をどなたか教えていただけないでしょうか？

ちなみに回路中の抵抗などの値は、Ri=1kΩ、Rf=100kΩ、R=10kΩ、C=4.7nFで、2Vppの正弦波を入力しました。インピーダンス変換器は、増幅回路から見た信号源のインピーダンスをみかけ上ゼロにするらしいです（実験の本より）。

回答No.3

himara-hus · ベストアンサー

理論値が間違っているようですよ。
対象回路は、周波数が低いときは、１ｋと１００ｋのフィードバックアンプですから、１００倍（４０ｄＢ）です。
そして、周波数が高くなってくるとコンデンサのインピーダンスが下がってくるため（その影響が出るカットオフは４．７ｎＦと１００ｋで約３４０Ｈｚ）、ゲインが下がってきます。
次に、４．７ｎＦコンデンサのインピーダンスに対して１０ｋの抵抗が効いてきますので（その影響が出るカットオフは４．７ｎＦと１０ｋで約３．４ｋＨｚ）、ゲインの下がりが緩やかになりフラットになります。そのときのゲインは１００ｋと１０ｋの並列抵抗値の負帰還になるので、１０倍弱（２０ｄＢ弱）になります。
その後の、ゲインの下がりはオペアンプの周波数特性（高域で落ちる）によるものでしょう。
　実験値は、上記理論値と合致していますよ。

お礼

ご指摘ありがとうございます。
理論値を計算しなおしたところ、ほぼ一致しました。お恥ずかしながら、式変形の際にケアレスミスをしていました。質問する以前の問題でした。

高周波域で落ちるのは、オペアンプの周波数特性が原因なのですね。教えてくださり、ありがとうございます。

以後、このような質問をしないよう気をつけます。

回答No.4

otto0001otto

理論値と合わないということは
正常（期待通りの）動作していない場合が多いです。
入出力波形を確認してみてください。

お礼

ご意見ありがとうございます。

私の単なるケアレスミスで、理論値の算出を間違えただけでした。
計算しなおした理論値とは合いました。

回答No.2

fjnobu

参考のURLは、セキュリティの関係か？開くことは出来ません。
私の方での計算では、１０Hzから５０KHｚまでフラットで、約９倍のゲインがあり、後はオペアンプの周波数特性で下がっていく。となりました。どこかにピークが出来るとか、極端にゲインが下がる等があるのでしょうか？

お礼

何度もすみません。

実験値のほうなんですが、300Hzまで約40dBでフラット、そしてそこから下がっていきます。
5kHz(そのとき約20dB)からまたフラット気味になります。
300kHz(約18dB)から1MHz(約12dB)まで、また下がります。
実験では、これ以上の周波数では測定を行いませんでした。

もう一度、URL載せてみます(急遽、HP作ってそこに載せました)。
http://homepage3.nifty.com/harlem/index.htm
今度は開けるかと・・・

回答No.1

fjnobu

fと実験値、理論値の値が分からないので、正確でないかも知れませんが、一般的な説明をします。
配線には浮遊容量があります。部品にはL分やC分があります。周波数が高くなると、その部分が大きくなり、理論値と離れて行きます。したがって通常ゲインは、「実験値＜理論値」となります。
しかし、ある周波数で位相が反転して正帰還が起きるとゲインが大きくなります。

お礼

なるほど・・・どうもありがとうございます。

周波数と実験値、理論値の表とグラフを↓に載せます。
http://proxy.f3.ymdb.yahoofs.jp/bc/45bdc3fe_169f/bc/%c9%bd%a4%c8%a5%b0%a5%e9%a5%d5.jpg?bcyMwRGBPQSko7a3

もしかしたら、根本的に理論値の算出の仕方が間違ってたかもしれません・・・