差動増幅器について

質問

差動増幅器アンプに付いて教えてください。
非反転増幅器の負帰還出力（DC0-10V）が以下のような回路図につながっています。計算式などご教示いただける方、よろしくお願い申し上げます。
-、+とも同電位信号が入力されています。
私が思いますに、差動入力を使って、結果的に非反転増幅をしているのではないかと思っています。
しかしながら、この回路は、どのような効能があるのでしょうか？本回路は、トルク信号のゼロ・スパンを合わせた後、一次フィルタ回路の後に置かれています。差動増幅器は、
-端子への入力抵抗をR1、
帰還抵抗をR2
+端子への入力抵抗R3
並列抵抗R4
とした場合、R1=R3、R2=R4として
Vout＝R2/R1（V2-V1）[V2:反転入力電圧、V1:否反転入力電圧]
またこのような回路が掲載されている、サイトをご存知ありませんか？

　 ----抵抗----
　　　　　　　　　　　　 | |
| |
----可変抵抗--抵抗--抵抗-----[-入力]--------
|
|
　　--抵抗-------------------[+入力]

よろしくお願い致します。

回答No.3

Teleskope · ベストアンサー

（どうも、遅くなりました。）

>> 極性を変更する回路、+表示か－表示かの選択スイッチが付いています。<<

　これで分かってきました。

　　　　　　　　　　　┌──-R1/2─┐
　　　　　　　　　　　│　　| ＼　　　　│
　 V1 ─┬─R1─┴─┤- ＼　　　|
　　　　　│　　　　　　　　|　　 　>─┴─ Vout
　　　　　└─R2─┬─┤+ ／
　　　　　　　　　　　│　　| ／
　 　 　 　 　┌──┤
　 　 　 　 　│　　　│
　 　 　 　 　 ／　　2R2
　 　 　 　 　│　　　│
　 　 　 　 　┷　　　┷
　　　　　　　↑
　　　　　　　極性反転スイッチ

１．
差動アンプを応用した回路です。
抵抗値を図に示した比に限定して使います。
R1とR2の関係は任意です。

２．
　スイッチがONのとき。
教科書的な反転アンプなので、ゲインは
　　A = (R1/2)/R1 = 1/2
であり、
　　Vout = －1/2・V1
となります。－なのでV1と逆極性です。

３．
　スイッチがOFFのとき。
前回 No2で書いた Vout= の式がそのまま通用します。
アンプ＋側入力の電圧は、
　　V1・2R2/(R2+2R2) = V1・2/(1+2) = 2/3・V1
です。この電圧をNo2の式のV2に代入すると、
　　Vout = A・(V2-V1)＋V2
　　　　　 = 1/2・（ 2/3・V1－V1）＋2/3・V1
　　　　　 = V1｛1/2・（2/3－1）＋2/3｝
　　　　　 = ＋1/2・V1
となります。＋なのでV1と同極性です。

４．
　以上、スイッチのON/OFFで、出力の極性が＋/－に切り替わる回路でした。（振幅が半分になりますが。）
これは 位相を180度スイッチさせる変調回路であるとも言えます。

回答No.4

Teleskope

訂正；
昨夜回路の名前を度忘れしたので「差動アンプを応用した回路です」と書いてしまいましたが、取り消します。差動アンプは R1/R2=R3/R4 に限られますね。
平衡変調回路（バランスド・モジュレータ回路）でした。

お礼

平衡変調回路ですか。こんな名前が付いていたんですね。
理解しました。チョットしたテクニックで、色々な回路が組めるんですね。私も多くの回路が組めるように勉強します。ありがとうございました。これからも、よろしくお願い致します。

また、投稿させていただきます。

回答No.2

Teleskope

こんな回路でしょうか？R4が無いのなら差動アンプじゃありませんね、

　V1’─┤＼
　　　 　 │　　>┬─V1
　　　 ┌┤／　 │
　　　 └───┘

　　　　　　　　┌───-R2─┐
　　　　　　　　│　　| ＼　　　　│
　 V1 ─R1─┴─┤- ＼　　　|
　　　　　　　　　　　│ 　 　>─┴── Vout
　 V2 ─R3───┤+ ／
　　　　　　　　　　　 | ／

お考えの通りこれは単なる反転アンプです。式は、アンプの＋入力電圧を基準に見ると、
V1 は V1-V2 に見え、Vout も Vout-V2 に見えます。そしてその電圧が反転アンプの関係になってるので、アンプのゲインR2/R1をＡと書くと、
　　(Vout-V2) = -A(V1-V2)
　　Vout = A(V2-V1)＋V2
となります。
いわゆる「差動アンプ」としての出力 A(V2-V1) に V2が上乗せされてますね。

　ところで、測定器の回路の修理とか解析でしょうか。抵抗の値やアンプの品名や電源電圧が分かればより具体的な話ができると思います。
V2は何から来てるのか、フィルタはV1側だけに入ってるのか、とかですね。回転センサは電磁式でしょうか、ここを通る信号は交流でしょうか、などです。

補足

イヤーすばらしい回路図ですね。びっくりしました。
正確に言いますと、表記のバッファアンプは、ゼロ・スパン調整用、そして、帰還抵抗と並列にコンデンサが取り付いた、一次のローパスフィルターで、反転増幅器です。そしてその出力がプラス・マイナス端子に入力されております。（V1とV2は短絡させています。）

アンプはNECのμPCの151Cを使っています。
電源電圧は、±15Vです。信号は、トルク信号ですが、交流と言ってよいと思います。

検出は、軸トルクです。（HBMのT10Fです。）MP60というアンプがあるんですが、その電圧出力を一度、演算増幅器で受けて、Zero・Spanを調整した後に、この反転アップに入れています。説明不足で申し訳ございませんでしたが、トルクの極性を変更するのに、この回路が入っているみたいで、用は軸トルクが、右にずれたときに、+表示するのか、－表示するかの選択スイッチが付いています。本軸トルク計は、車のエンジンの軸トルクを計測するための、アンプです。

ご丁寧に感謝申し上げます。技術的なことに行き詰まった時、教えていただける人がいると本当に助かります。

回答No.1

ymmasayan

参考ＵＲＬをご覧ください。
回路、計算式は質問者様の者にそっくりです。

使用例の２）３）に次のように書いてあります。

・ツイストペア線で伝送されてきた信号をシングルエンドに復元できます。
　こうしてコモンモードノイズを削除します。
・グラウンドから浮いた部分の電位差を測ることができます。
　センサを使った計測に使います。
回路の目的はこのどちらかでしょう。

参考URL：

http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/sadou.html

補足

ymmasayan様

早速のご回答ありがとうございます。
差動増幅器の代表的な計算式は、理解しました。
しかしながら、上手く回路が書けませんでしたが、R4の抵抗が無い場合の同相入力（プラス端子、マイナス端子もオペアンプの帰還信号が入力されています）を考えた場合、計算式としたらどうなるのでしょうか？R4=0と置きますと、完全なる反転増幅器になってしまいます。これは、反転増幅をしながら、
ymmasayan様のおっしゃるようなグランドから浮いた部分の電位差を測るための回路テクニックなのでしょうか？
回路の目的は、後者です。

URLを参考にさせていただきました。ありがとうございます。良く読んでみると、最後のほうに、「この回路に入れる信号源はオペアンプの出力にしたり・・・。」と書いてあり、まさに、現在に回路はそうなっています。

R4をゼロとしますと、本回路は差動入力の非反転付き回路と呼べばよいのでしょうか？

大分理解しました。ですが、この回路は、実用的にはどうなのでしょうか？