オペアンプのバーチャルショートを確かめたら・・・・

質問

オペアンプのバーチャルショート、つまり反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差が本当に零なのかどうかをオシロスコープを使用して観測してみました。するとシミュレーションでは一方の振幅は零、もう一方の電圧は綺麗な正弦波を描いたのですが、実際の観測ではどちらもギザギザした波が描かれました。振幅は極めて小さいです。初心者なのですが、なぜシミュレーションのように綺麗に出ないのでしょうか。ノイズを発生させるような余計な機器は取り付けていないはずだったのですが・・・。どなたか遠慮無いご指摘をしてくださいませんか。

回答No.1

xpopo · ベストアンサー

>するとシミュレーションでは一方の振幅は零、もう一方の電圧は綺麗な正弦波を
>描いたのですが、実際の観測ではどちらもギザギザした波が描かれました。
>振幅は極めて小さいです。

　katotubasaさんの質問には回路の詳しい記載がありませんので想像するしかありません
が。シミュレーションで「一方の振幅は零、もう一方の電圧は綺麗な正弦波を描いた．．．」
とありますので、多分反転アンプを組まれたのではないかと思います。反転アンプの場合
は非反転入力端子は直接接地されるか抵抗を介して接地されます。反転入力は出力から
帰還抵抗が接続され、入力抵抗が入力信号と反転入力間に接続されます。

　測定結果は「両方の入力共にギザギザした波が描かれました」とありますが、シミュ
レーションとの違いとして考えられるのは；

　１）オシロスコープのノイズを拾ってる可能性
　　　非反転入力は接地されていれば、ノイズは見えないはずなのにノイズが見える。
　　という事になりますので、オシロスコープの残留ノイズが見えている可能性が
　　あります。デジタルオシロの場合は垂直感度をあまり高くするとサンプリング
　　周波数の折り返しノイズが見える場合もあります。
　　　オシロのプローブのＧＮＤのリードと測定クリップでできる小さなループが
　　アンテナになって空間のノイズを拾ってそれが見えている可能性があります。
　　これはオペアンプの近くでプローブの先端にプローブのGNDのクリップをはさんで
　　測定してみてノイズが同じように乗ってるかどうかを確認すればわかります。

　２）入力／帰還抵抗の抵抗熱雑音が見えている可能性
　　　帰還抵抗が大きい（100kΩかそれ以上）場合、抵抗の熱雑音が波形として見える
　　　場合がある。でもその場合は非反転入力には非反転入力が直接接地されている場合
　　　にはそのノイズは現れない。抵抗を介して接地されていてその抵抗の値が大きいと
　　　ノイズが非反転入力にも見える。

　３）オペアンプ初段のトランジスタのショットノイズが見えている可能性
　　　オペアンプの初段のトランジスタのショットノイズは別名1/fノイズとも言われ、
　　　周波数が低いほど大きなノイズになります。これが見えていた可能性はあります。
　　　ただ、非反転入力はもし、直接接地されていた場合は見えないはず。

　以上のようなノイズの原因が推定されますが、もう少し具体的に測定した回路の情報が
わからないと絞り込めません。

回答No.2

kusami3

せっかくオシロスコープを使って観測しているのですから、正弦波かキザギザかというような漠然としたことだけでなく、振幅・周波数・位相などのも一緒に観測して見ましょう。
入力信号や出力信号との関係を確認すれば、雑音によるものかそうでないかの判断はできると思います。
結果を急がず、いろいろと想定をして巡らして観測をしてみて下さい。
実験は予想と違う結果が出るから新しいことも発見できるし、おもしろいのです。