安定化電源

質問

安定化電源のオペアンプについて教えて下さい。

とあるサイトの回路図ですが、このアンプは誤差増幅をしていると書いてありますが、
差動増幅の一種ですよね？
この図のアンプの出力電圧はどうなるのでしょうか？

安定化電源の回路ではアンプの2つの入力が同じ電圧になる様に働くと学習したのですが
2つの入力が同じになったらアンプから電圧が出力されないと思うのですが・・・
電圧が出力されなかったら図のトランジスタTr1は動作しないので10kの抵抗に電流が
流れる事もなく電圧が出ないのではないでしょうか？

考え方がどう間違っているのかが分かりません。
教えて下さい。お願い致します。

http://math-lab.main.jp/opamp4.html

回答No.3

xpopo · ベストアンサー

＞安定化電源の回路ではアンプの2つの入力が同じ電圧になる様に働くと学習したのですが
＞2つの入力が同じになったらアンプから電圧が出力されないと思うのですが・・・

　厳密に言えば2つの入力電圧は全く同じ値にはなりません。このアンプの差動ゲインAは
非常に大きい。一般的にAは10万倍程度あります。＋入力の基準の電圧より出力、すなわち
－入力の電圧が低い場合アンプ出力にはその＋と－の入力電圧の差を１０万倍します。
その結果、Tr１のベース電流を増やします。その結果出力への電流が増加し、結果出力電圧が
増加します。その結果－入力の電圧は＋入力の電圧に近づきます。

　最終的に安定した状態ではTr1の負荷（10kΩも含めて）電流ICを流せるTr１のベース電流を
流せるような電圧をアンプが出力します。

　たとえばTr１の負荷電流ICが１A、Tr1の電流増幅率ｈFEが１００、Tr１のベース－エミッタ間
電圧VBEが０．６V、基準電圧（＋入力の電圧）Vrefが３Vとする。
　Tr1のベース電圧VBは出力電圧をVoとして、

　　　VB　＝　Vo　＋　VBE　＝　Vo　＋０．６V　　（１）

　TR1のベース電流IBは

　　　IB　＝　IC／ｈFE　＝　１A／１００　＝　10mA　　（２）

　アンプの出力電圧Voutはアンプ出力とTr1ベース間の抵抗をRxとして

　　Vout　＝　Vo　＋　VBE　＋　IB×Rx　　（３）

　ここでRxは1kΩなのでVoutは

　　Vout　＝　Vo　+　０．６V　＋　10mA×１ｋΩ

　　　　　＝　Vo　＋　10.6V　　　　　（４）

　　がVoutに必要な電圧になります。ここでVoは－入力電圧V-です。
　＋入力をV+として、Voutは

　　Vout　＝　（V+　－　V-）×A　　（５）

　で表されますから、式（４）は

　　（V+　－　V-）×A　＝　V-　＋　10.6V　（６）

　と書き直せます。式（６）でV+にV+＝Vrefを代入してV-を求めると、

　　V-　=　（Vref×A　－　１０．６）／（1＋　Ａ）

　ここでＡ＝100,000、Vref＝３Vを代入して、

　　V-　＝　2.9999V

　と＋入力電圧３Vに非常に近い値（等しくは無い）になります。

お礼

計算方法まで教えて頂いて有難う御座います。
すっきりし、大変助かりました。

回答No.2

rnakamra

outの出力をVout、基準電圧(可変抵抗で調整しているオペアンプの3番ピンへの入力電圧)をVrefとします。

VoutがVrefよりも低くなるとオペアンプはプラスのとても高い電圧を出力します。
(オペアンプの増幅率は非常に高く、1mVも違えば出力可能な最大電圧を出力します)
するとTr1はON状態になってしまい、Voutは電源電圧に近い値に上がります。

すると、Voutの電圧がVrefよりも大きくなるためすぐにオペアンプはマイナスの電圧を出力します。当然Tr1はOFFになり、Voutはグランドレベルまで落ちます。

と、ここまで書くとVoutが発振してしまいそうですが、実際にはVoutがVrefよりもほんのわずかに低い電圧(普通のテスタでは測定できないレベルの差)の状態でオペアンプの出力ちょうどTr1に適度なベース電流を流すレベルに安定してくれます。

あと、電圧がでない、ということはありません。
Voutは抵抗を介してグランドとつながっていますので、電流が流れないときはグランドレベルまでちゃんと落ちます。フロートの状態にはなりません。

お礼

詳しい解説有難う御座います。
なるほど、VoutはVrefよりわずかに低い電圧なのですか。
勉強になりました。
有難う御座いました。

回答No.1

fjnobu

入力３と２が同じになるように、出力が動くのです。
出力が、動いた結果、入力が同じになるのです。
だから、出力は出ます。