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非反転増幅回路の特性

OPアンプを用いて、非反転増幅回路(5倍)をつくり、実験をしたら、次のような結果が得られました。 電圧に対する特性:電圧を上げていくと増幅率が下がる。 周波数に対する特性:周波数を上げていくと、20kHzぐらいから入力電圧と出力電圧の波に位相のずれが生じ始め、50kHzぐらいから増幅率が下がり始めた。 この結果から、高電圧、高周波数範囲では増幅器としての役割を果たさないということは解りましたが、なぜそうなるのかというところが解りません。わかるかた、どうか教えてください。

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OPアンプの出力電圧の振幅は電源電圧以上にはできませんから、入力電圧が高くなると当然振り切れてしまいます。OPアンプの種類にもよりますが+-12Vで使ったとしてエミッターフォロワータイプなら約+-9.5V程度、コレクターフォロワータイプやFET出力段になっているものならほぼ電源電圧まで振れます。 増幅率が5倍なら、その1/5、約2V程度で振り切れてしまい、単純に出力電圧/入力電圧の式で計算すると振り切れて以降は、出力電圧は上がりませんから、増幅度は低下します。もし電源電圧より高い出力電圧を必要とするなら、もっと高い電源電圧の増幅器を後ろにくっつけるか、交流ならトランスを使って帰還ループもそこから取る必要があります。 ちなみに最大出力振幅は、エミッターフォロワで、電源電圧-2.5Vです。 それから周波数特性ですが、周波数が高くなってくるとICの中のトランジスタの中にあるPN接合面に生じるわずかな静電容量(要するにコンデンサ)の影響が出て来ます。例えば100pFの接合面容量があったとして、50KHzでおよそ30KΩの抵抗と同じになります。これがトランジスタのベースエミッタ間の容量ならば、入力に並列に30kΩの抵抗が入ったのと同じになり、入力インピーダンスや帰還抵抗の計算に対する影響が無視できなくなります。周波数が高くなればなるほどこういう影響は派手になり、やがては増幅器として機能しなくなります。おおまかで、原因はこれだけじゃないけど、大体こんなお話だと思います。ですから、高周波用や高速動作のものはICの段階からそれなりの作り方をします。

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質問者からのお礼

ありがとうございます。勉強不足で説明頂いた部分で解らないところもありますが、なんとかレポートが書けそうです。

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既に皆さんがお書きになっている通り、元凶は浮遊キャパシティでしょう。これによって、負帰還をかけても完全に補償できず周波数特性を持ってしまいます。 少し難解ですが、下記URLが有ります。感じだけでもつかんで下さい。 高周波領域で使うなら、それなりのOPアンプを選定し、それなりの対策を講じる必要が有ります。

参考URL:
http://www.ec.ss.titech.ac.jp/~nisimura/page_ana/tips/enemy.html

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質問者からのお礼

ありがとうございます。これでレポートが書けそうです。

  • 回答No.1
  • akino4
  • ベストアンサー率18% (35/185)

それはあなたの使ってるOPアンプが理想オペアンプではないからっていうのが 一般解になるかな、実際にはOPアンプといえどもトランジスタと抵抗のあつまり なんで、寄生コンデンサ容量が無視できません。多分これが一番おおきい。 まぁ、他にも配線のL成分とかあるけど、たかだか50kHzじゃでないかな OPアンプのデータシートをみれば、その辺の特性と推奨周波数帯域とか 書いてあるでしょ?

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質問者からのお礼

あろがとうございます。参考になりました。

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