OPアンプ間のカップリングコンデンサーは不用でしょうか

質問

LM358でオーディオ信号を扱う場合ですが、出力をボルテージフォロアーにする場合、例えば前段の出力を７番ピンから取り３蕃ピンの入力にします。
１，２番ピンは直結にしてここから電解コンデンサーで次段に出力しています。
この場合７と３番ピンの間にカップリングコンデンサーを省略して直結できるでしょうか？
ちなみに７と３番ピンの間にテスターを入れると「じょじょ」に電圧が下がり最終的に電位差が無くなりました、この理由も教えてください。

回答No.4

inara1 · ベストアンサー

「フォトカプラの温度補正について」でコメントさせてもらいまいしたが結果はどうでしたか？

LM358の出力（7pin）をわざわざボルテージフォロアで受けなくてもいいように思います（１段目の帰還抵抗が小さくて重い負荷がつけられないのなら別ですが）。
図１のように直結して問題ありませんが、1pin には 7pin のDC成分がそのまま乗っているので、1pin の後ろにDCカットのコンデンサ C が必要です。

　┓7　 3┏━┓1
　┠──┨+ ┠┬─ C ─
　┃2 ┌┨- ┃│
　┛　│┗━┛│
　　　 └───┘
【図１】

7777777v さんはDCカットのコンデンサをどこに入れるか迷ったのでしょうが、図１の位置に入れるのが正しいです。図２のように間に入れると、3pin電圧が徐々に変化して、電源電圧 - 1.5V のところに張り付いてオペアンプが動作しなくなってしまいます。

　┓7　　　　3┏━┓1
　┠─ C1 ─┨+ ┠┬─ C ─
　┃　　　 2┌┨- ┃│
　┛　　　　│┗━┛│
　　　　　　 └───┘
【図２】

図２の回路だと、3pinのバイアス電流の供給元がないので、3pinの電圧はどんどん上がっていきます。LM358の入力端子の内部はPNPトランジスタのエミッタなので、3pinからバイアス電流 ib が外に流れ出る方向ですが、この電流は C1 を流れるしかないので、 C1 が徐々に充電され、3pin電圧 [V] = ib[A]*t[s]/C1[F] という割合で変化していきます。ib の典型値は 45nA なので、C1 = 10μF だと 1秒で2.2V上がります。3pin電圧は（電源電圧 - 1.5V） くらいまで上がるとそれ以上上がらなくなります。7pin電圧は一定（電源電圧/2？）で、3pin電圧は徐々に上がり、最終的に（電源電圧 - 1.5V ）になるので、最終的な 7pin-3pin 間の電圧（3pin基準）は（電源電圧/2）-（電源電圧 - 1.5V ）= 1.5V - （電源電圧/2） となるはずです。電源電圧が3Vなら最終的に電位差が無くなってもおかしくはないです。C1の両端の電圧を測定するのに内部抵抗の小さいアナログテスタは使えません（バイアス電流の一部がテスタの内部抵抗を通じて流れるのでC1の両端の電圧の上昇率が小さくなる）。

２段目がバッファ（ボルテージフォロア）なら、図１のように、カップリングコンデンサ C1 なしで直結可能ですが、２段目に1を越える利得を持たせる場合は C1 が必要です（7pinのＤＣ成分が増幅されてオペアンプが飽和する恐れがある）。２段目に利得を持たせる場合は、図３のようにします（この場合7pinと1pinは互いに逆相になります）。この場合、信号入力は 3pin でなく 2pin ですので注意してください。

　　　　　　　　　　　　 ┌─ Rf ──┐
　┓7　　　　　　　　　│ 2┏━┓1 │
　┠─ C1 ─ Rs ─┴─┨- ┠─┴─ C3 ─
　┃　　　　　　　　　　 3┌┨+ ┃
　┛　　　　　　　　　　　│┗━┛　　　　　　　　　　　　　利得 = -Rf/Rs
　　　　　　　　　┌ R ─┼─ R ─ Vcc（電源電圧）　 1kΩ ≦ Rs ≦ 1MΩ
　　　　　　　　　│　　　 │+　　　　　　　　　　　　　　　　1kΩ ≦ Rf ≦ 1MΩ
　　　　　　　　　│　　　C2　　　　　　　　　　　　　　　　　R = 10kΩ～100kΩ
　　　　　　　　　│　　　 │-　　　　　　　　　　　　　　　　C2 = 1μF～10μF
　　　　　GND　┷　　　 ┷
【図３】　後段に利得を持たせる場合

図３の低域のカットオフ周波数は
　　　 f1[Hz] = 1/( 2*π*C1[F]*Rs[Ω] )
となります。C1 = 1μF、Rs = 10kΩなら、fc = 16Hz です。高域のカットオフ周波数 f2 はオペアンプの利得帯域幅 GBW （データシート [1] の1ページ目右側のユニティーゲイン周波数）で決まり
　　　f2 = GBW/利得
で表わされます。LM358の GBW は1MHzなので、利得10倍でf2 = 100kHz、利得100倍でf2 = 10kHz と、利得が大きいほど f2 が小さくなります。音声周波数なら利得100倍（Rf/Rs = 100）を限度としたほうがいいです。C1 の極性は 7pin のDC電圧によって変わります。3pinのDC電圧は図３の回路では (電源電圧/2）ですので、それより7pin電圧が大きければ7pin側を + にします。 C3 の極性も次段のDC電圧によって違いますが、抵抗負荷なら1pin側を + にします（1pinのDC電圧は電源電圧/2）。C3 の値は、C3の後ろの負荷抵抗を RL としたとき、次式を満足するような値とします。
　　　C3 >> 1/( 2*π*f1[Hz]*RL[Ω] )
f1 = 16Hz、RL = 10kΩなら C3 >> 1μF とします。

[1]　LM358データシート　http://www.national.com/JPN/ds/LM/LM358.pdf

補足

以前質問の「フォトカプラの温度補正について」ですが、温度変化により、アナログで動作する領域が狭くなるため、この方式での信号伝達をあきらめました、デジタルの信号だと問題はなかったのでしょうが・・・回答ありがとうございました。
今回も適切な回答を頂き感謝しております。
１，２pin側に１０μの電解コンデンサーを使っているため７，３pin間は直結する事にします。
なお、完全なバッファですので利得はありません。ちなみに前段は６，７pin間に１MΩ、６pinとグラウンド間に１KΩで増幅しています。
ご回答ありがとうございました。

回答No.3

ytrewq

ボルテージフォロアーとして使っているのであれば、直流分が増幅されて出力が飽和することがないので、直結できます。
というかここで直流分をカットする必要が無いので直結すべきです。

補足

LM358の片方で増幅して、もう一方のLM358をボルテージフォロアーとして使っています。
この間を直結の場合、
超低域まで通すことになりますが、アンプの入力側とボルテージフォロアーの出力側にコンデンサーがあるので、直結でOKでしょうか？

OPアンプの構造は良く知りませんが、信号が音声の場合でも直結しても大丈夫なのでしょうか？
ご教授よろしくお願いします。

回答No.2

tance

基本的にカップリングコンデンサは直流とか低周波を通さないように
する目的で使われます。このケースではそのような目的があるので
しょうか。

直流を通す必要がなかったとしても、部品が少ない方が問題は少ない
ことが多いです。例えば、電解コンデンサは周波数特性が理想とは
違います。漏れ電流はあるし、高周波ではコンデンサではなくなります。

＞ちなみに７と３番ピンの間にテスターを入れると「じょじょ」に
＞電圧が下がり最終的に電位差が無くなりました

これは７～３間にコンデンサをいれた場合の話ですよね。
３番ピンに直流電位を与える抵抗がついていないのではないで
しょうか。

もし、直流電位を与える抵抗（など）がなかったとすると、OPアンプ
の入力バイアス電流により、７～３間のコンデンサが充電されていた
ところへ、テスターの内部抵抗でそれを放電した、と考えられます。

お礼

信号は音声ですから１００Hz以上通れば充分ですし高周波も関係ありませんが部品が少ないとの考えでカップリングコンデンサは省略したいと思います。
また、電圧はテスターで計ったのが間違いでした。
色々ありがとうございました。

回答No.1

debukuro

直流成分を遮断する必要があるのなら省略できません

ちなみに７と３番ピンの間にテスターを入れると「じょじょ」に電圧が下がり最終的に電位差が無くなりました、この理由も教えてください
充電されていた直流がテスターを通じて放電されたのです

お礼

ありがとうございます。
やはりテスターでは内部抵抗があるため正確には測れないようです。