オペアンプの反転回路について

質問

例えば下記のサイトの反転回路があったとします。
Rf=Rs=1kohm とします。
オペアンプは、NJM2904(単電源)をV+を5V, V-を0Vで使うとします。

http://markun.cs.shinshu-u.ac.jp/learn/OPamp/invop.html

Viに -2V をいれると　Vo= 2Vになるのでしょうか？
同相入力は0～3.5Ｖと書かれており、-2は同相入力範囲から外れた値です。
この辺教えてください。

回答No.5

inara1 · ベストアンサー

手元にLM2904の互換品（NJM2904）があったので実験してみました。ご質問のサイトの回路図で、Rf = Rs = 1kΩとした結果を添付します。入力が-2Vのとき、出力は2V出ています。

この回路は利得-1の反転増幅回路なので、入力電圧を上げていくと、出力電圧は下がっていき、入力が-2Vのときの出力は2V、入力電圧が0Vのときの出力電圧は0Vになります。オペアンプの負電源電圧が0Vなので、入力電圧を0Vより大きくしても出力電圧は0V未満にはなりません。それどころか、入力電圧が0Vより大きくなると、出力電圧は0.5Vくらい出てしまっています。したがって、入力電圧が0Vより大きい領域では、この回路は正常動作していません。

一方、入力電圧が-4Vのとき、計算上の出力電圧は4Vですが、実際の出力電圧は3.5Vあたりで飽和していて、それを超える電圧は出てきていません。このオペアンプの最大出力電圧は、＋側の電源電圧-1.5Vくらいなので、＋側の電源電圧を5Vとしたときの最大出力電圧は3.5Vくらいになります。したがって、正常動作する最低入力電圧は-3.5Vくらいになります。

以上をまとめると
LM2904を5Vの単電源で動作させ、Rf = Rs = 1kΩとした反転増幅回路では、正常動作する入力電圧範囲は-3.5V～0V、このときの出力電圧範囲は0V～3.5V

なお、同相入力範囲というのは、オペアンプが正常するときの反転入力端子（-）や非反転入力端子（+）の電圧範囲のことで、上の回路の入力電圧の範囲のことではありません。上の回路では、入力端子間にRsが入っているので、入力電圧の範囲と反転入力端子電圧の範囲は異なり

反転入力端子電圧=(Rf×入力電圧 + Rs×出力電圧）/(Rs+Rf)

となります。Rs=Rf=1kΩときは

反転入力端子電圧=(入力電圧 + 出力電圧）/2

なので、入力電圧が-2Vで出力電圧が+2Vのときは、反転入力端子電圧は0Vで、同相入力範囲内に納まっています。

お礼

確認までしていただき、ありがとうございます。

回答No.4

Tort_Capa

http://markun.cs.shinshu-u.ac.jp/learn/OPamp/invop.html
の回路図は正負両電源用の回路図です。単電源用の回路図は参考URLの図５のようにします。
　参考URL全体を読むとオペアンプを用いた単電源反転増幅器のことが理解できるでしょう。

参考URL：

http://tokyo-ct.net/usr/kosaka/for_students/lineTrace/operationalamplifier/operationalamplifier.html

回答No.3

tadys

＞NJM2904(単電源)をV+を5V, V-を0Vで使うとします。
＞Viに -2V をいれると　Vo= 2Vになるのでしょうか？
この条件で有れば、Vo= 2Vになります。

＋入力は常にゼロですから、－端子がゼロになる様な範囲でオペアンプが働きます。
－入力の範囲は出力電圧の範囲によって制限されます。
出力の範囲は最大で０～５Vですから、－入力の範囲は０～－５Vの範囲で働きます。
（ゲインが－１倍の場合）

NJM2904と同等品のLM358でシミュレーションした結果を添付します。
他のオペアンプの場合では同じような動作をするとは限りません。

回答No.2

bogen555

Viは-2Vですが，同相電圧Vnは0Vです．
同相入力は0～3.5Ｖと書かれており，0Vは同相入力範囲に入っています．
従って出力は2Vです．

問題は，Rf=Rs=1kΩとすることで,質問者にオペアンプの使用経験が無いことがわかります．
この手の汎用オペアンプにとって一般に1kΩは非常に重い負荷になります．
10kΩ程度にするのが一般的です．
また，入力電圧がマイナスの高電圧とか，電源がオフしていて，Vnがマイナスになるとペアンプが壊れる可能性があります．
その防止には，グランド(Vp)と反転入力(Vn)間にダイオード（アノードがグランド側）を入れます．

回答No.1

noname#215107

ご指摘の通り－２Vを入れてはいけません。
負電圧を入力したい場合は、両電源のオペアンプを使う必要があります。