オペアアンプについて

質問

お世話になります。
オペアアンプで○Ｖ以上、△Ｖ以下の間で点灯するダイオードがあり、それを一つのオペアアンプで操作するとき、どのように考えたらいいのでしょうか？二つ使用したものは動作しました。
　　　　　１２ｖ
１２ｖ　　｜
　｜　　抵抗
　｜　　　｜　＋
ＶＲ--｜　｜--オペアアンプ--２ｃｓ----ダイオード
　｜　｜　｜　　　　｜－　　　　　１８１５　　　
　｜　｜抵抗　　　　｜　　　　　　　　　　　　　
　｜　｜　｜　　　　｜
　０ｖ　｜　０ｖ　　　　｜
　　　　｜--------｜

初歩的な質問ですがよろしくお願いします。

回答No.6

Teleskope · ベストアンサー

よく知られてる回路を紹介します；
部品は可変抵抗２個とダイオード２個のみ。
VR1は高い方の変化点を調整、VR2は低い方を調整。
各々100kΩ程度でよい。
図中の左右に向いてる矢印はダイオード。
シリコンの小信号用ならなんでもよい。
（アンプ出力から先はあなたの図に合わせました。）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Vcc
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 │
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ▽LED
入力　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　|
電圧─┬─ ← ─┬───(-)入力　　　　　　 C
　　　　 │　　　　　│　　　　 アンプ出力 ─R─B
　　　　 └─ → ─ ) ┬──(+)入力　　　　　　 E
　　　　　　　　　　　││　　　　　　　　　　　　　　|
　　　　　　　Vcc　 ││　　Vcc　　　　　　　　　gnd
　　　　　　　 ｜　　││　　｜　　　　　　　　2SC1815
　　　　　　　VR1←┘└→VR2
　　　　　　　 │　　　　　　　│
　　　　　　　 gnd　　　　　　 gnd

　図の構成ではVHとVLの間でLEDが点灯するが、オペアンプの＋－入力を入れ替えれば反転する。オペアンプは（負帰還が無いので）コンパレータ的である。

付記：（太陽電池などで）入力電圧が極めてゆっくり変化する場合、変化点ギリギリの所で出力がバタバタ変化する。（これはオペアンプの代わりに専門コンパレータICを使っても程度の差こそあれ同じである。）これを防ぎたい場合は、アンプ出力から(+)入力側にわずかな正帰還をかければよい（名前はヒステリシス回路やシュミットトリガ回路）。もし回路を示して欲しかったら追加要求を。

お礼

回答有難うございます。わかりやすくて勉強になりました、今勉強中なのでよく知られた回路だとは知りませんでした。先生は理解度をためす為の回路をだしたのかもしれませんね。本当に有難うございました。

回答No.9

Teleskope

>>7,>>8
ご指摘ありがとう御座います。
この回路はネットではなく古い回路アイデア集のような本（あるいはコンパレータのアプリケーションノート）で見たはずなので周知と思われます。

回答No.8

noname#7175

No5さんへ。
気づかないで失礼しました。文章だけで判断しました。

No6さんへ。
>図の構成ではVHとVLの間でLEDが点灯するが

反対です。VHより上とVLより下で点灯します。

回答No.7

LCR707

#5のLCR707です。Teleskopeさんから、私の回路よりずっと簡潔な回路が紹介されました。
　まいりました。脱帽です。抵抗が４本も少ない。Vin < VL のときもスイッチング的な動作をする。簡単にヒステリシスを追加できる。
　Teleskopeさんには、別の質問でも、私の回答のミスを指摘していただいており、感謝しております。今回は、より良い回答という意味でとても参考になります。
　この回路は、「よく知られてる回路」なのですか？。「OP-AMPは充分理解した」と思い込んで勉強していないつけが出たのでしょうか。あるいは単に忘れてしまったのかな？。

　最後にちょっとだけ指摘させていただくと、OP-AMPの入力が反対です。今の回路では、VH > Vin > VL のとき、ランプが消灯します。

回答No.5

LCR707

#4さん、アドバイスありがとうございます。
#4さんは、#2の文章だけ読んでそう思われたのかも知れませんが、どうか#3の回路図を見て下さい。（縦線を合わせるのに、けっこう苦労して書きました）

　差動増幅回路と言っても、裸のOP-AMPのまま使っている訳ではなく、#3 の回路図のように、R2によるフィードバックをかけています。図では二つの入力をつないでいますが、今それを分けて、左上の R1 の左側の電圧を V1 、下の R1 の左側を V2 とすると、オペアンプの出力電圧は、
　Vo = (V2 - V1)R2/R1
となります。これは、信号の同相成分を除去し、差動成分のみを増幅する、計装用差動アンプの基本回路です。
　#2では、なるべくコンパレータの動作に近くなるよう、R1=10kΩ、R2=510kΩとして、ゲインを51倍にしましたので、もしオフセット電圧が 10mV あれば出力は 520mV になりますが、12V の Vcc と Vo との電圧差でＬＥＤを点灯させるのが目的ですから、問題はありません。

　#2では、説明を簡単にするため、ダイオードの順方向電圧さえ無視しましたが、普通は 0.6～0.7V位あります。これも考慮して説明すると、
　3.4V < Vin < 8.6V の範囲では、差動増幅器として働き、0V を出力します。
　Vin < 3.4V のとき、非反転入力が 3.4V でクランプされるので、ゲイン51倍の反転増幅器として働きます。
　Vin > 8.6V のとき、反転入力が 8.6V でクランプされるので、フィードバックがきかなくなり、出力電圧はVccまで上昇します。
　この説明でも、R4のインピーダンスや、OP-AMP の同相入力電圧範囲、出力振幅範囲のことを無視していますが、あまり細かくなっても本題から外れるので省略します。

　ところで、#2で「ウインドコンパレータ」と書きましたが、「ウインドウコンパレータ」の間違いです。「ウ」が抜けていました。すみません。風では無く、窓ですね。

回答No.4

noname#7175

No2さんへ。

>OP-AMPで差動増幅回路を作り、
>２つの入力をつなぐと、
>入力電圧にかかわらず、
>出力電圧は、0V になります。

これは、低レベルなシミュレータとか
理想化されたアンプでしか成立ないんです。
アンプの中にあるオフセットや抵抗の数値の誤差で
出力電圧は＋側か－側に振り切れてしまいます。
オフセットがあるシミュレータでみれば分かります。

お礼

アドバイス有難うございます。最近差動増幅回路の授業を受けました。何かわかってきました・・ような・・？本当に有難うございました。

回答No.3

LCR707

#2です。
　オペアンプ回路の絵がわかりにくいので、もう一度載せます。空白を入れて調整してみました。
　　　　　　　　　　┌──── R2 ────────┐
　　　　　　　　　　│　 │　　　　　　　 　　＼　　　 　　 │
　　　　┌　R1 ─┴─┤ INV-IN　　　　　　 ＼ 　　 　 │Vo
　　　　│　　　　　　　 │　　　　　　　　　　　　　＼　 　│
Vin ─┤　　　　　　　　│　　　OP-AMP 　　　OUT　　┴─｜＜｜─ R3 ─ Vcc
　　　　│ 　　　　　　　│　　　　　　　　　　　　　／　　　　　　LED
　　　　└　R1 ─┬─┤　NON-INV-IN 　　／
　　　　　　　　　　│　 │　　　　　　　　　　／
　　　　　　　　　　R2
　　　　　　　　　　│
　　　　　　　　　　GND

　ところで、質問者さんは、「オペアアンプ」と書いていますが、「オペアンプ」が正しい名前です。

お礼

回答有難うございます。オペア（ベビーシッター）とアンプ（オーディオ）がくっついた形で覚えてしまい、いつも間違ってます。ご指摘有難うございました。

回答No.2

LCR707

こんにちわ。
　普通はコンパレータを２個使用して、ウインドコンパレータ回路にしますが、ＯＰアンプ１個で動作させようというのは、面白いですね。考えていたら、１つ思い付きました。

　OP-AMPで差動増幅回路を作り、２つの入力をつなぐと、入力電圧にかかわらず、出力電圧は、0V になります。

　　　　　　　　┌──── R2 ───────┐
　　　　　　　　│　　　　　　　　　　　　　│
　　　┌　R1 ─┴─ INV-IN　　　　　 　　　│Vo
　　　│　　　　　　　　　　　　　　　　　　│
Vin ─┤　　　　　　　　　　OP-AMP 　　　OUT┴─｜＜｜─ R3 ─ Vcc
　　　│ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　LED
　　　└　R1 ─┬─　NON-INV-IN 　
　　　　　　　　│
　　　　　　　　R2
　　　　　　　　│
　　　　　　　　GND

さらに、OP-AMP の２つの入力に、抵抗とダイオードで作る下の回路をつなぎます

　　Vcc
　　│
　　R4　　　D1
　　├──｜＜｜── INV-IN
　　R4
　　├──｜＞｜── NON-INV-IN
　　R4　　　D2
　　│
　　GND

　仮に、R1 = 10KΩ,R2 = 510KΩ, R3 = 1KΩ, R4 = 1KΩ, Vcc = 12V とすると、Vin が約 4～8V の間はダイオードが２個とも逆バイアスになって導通しないので、オペアンプの出力 Vo は0Vです。
Vin > 8V のとき、D1 が導通してINV-IN < NON-INV-IN になるので、Voは上昇し、Vccまで上がります。
Vin < 4V のとき、D2 が導通してNON-INV-IN > INV-IN になるので、Voは上昇し、Vccまで上がります。

Vo はスイッチのように瞬時に切り替わる訳ではありませんが、およそ 4V < Vin < 8V の範囲でLEDが点灯します。

回答No.1

mtld

説明をより詳しくお願いします
電源、入力条件、出力条件　何をどうしたいのか等
コンパレータで済むような気がしますが

お礼

補足要求していただきましたが、答えが他の方からでましたので・・、有難うございました。