オペアンプの単電源非反転増幅について

交流信号を増幅しようと思って、回路例を調べていました。
（単電源でA/Dコンバータの入力に使えそうなものというキーワードで調査）

基本の非反転回路は、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%9A% …
の図のようなものだと思いますが、
上図のR1とGNDの間にコンデンサーが付いている回路がありました。

このCの役割がよくわかりません。

私の考えでは、
非反転増幅では、増幅率 A = 1 + R2 / R1 ですが、
直流では、Cのインピーダンスは無限大になるので、R1が大きく、
A = 1になると思います。
といことは、直流は増幅されませんから、入力信号に加えたバイアスのズレ
(単電源ではVbias = Vcc / 2からのズレ)
を増幅しないようにしていると、考えているのですがいかがでしょうか？


関連して、単電源の反転増幅の場合は、V+端子にVcc / 2を加えるだけでよいのでしょうか？

以上、よろしくお願いします。

No.2 回答者： inara1 回答日時： 2009/07/14 08:46

単電源での交流増幅回路の例（電圧利得100倍）を参考URLに貼っておきました。

他にも実現方法はあります。
レール・トゥ・レール出力でない普通のオペアンプの場合、出力信号の上側は「電源電圧-1.5V」、下側は「+1.5V」くらいに制限（クリップ）されるので注意してください。添付図では入力信号を大きくしたときに出力信号がクリップしている様子を入れておきました。

No.1 回答者： rnakamra 回答日時： 2009/07/14 05:05

>私の考えでは、

>非反転増幅では、増幅率 A = 1 + R2 / R1 ですが、
>直流では、Cのインピーダンスは無限大になるので、R1が大きく、
>A = 1になると思います。
>といことは、直流は増幅されませんから、入力信号に加えたバイアスのズレ
>(単電源ではVbias = Vcc / 2からのズレ)
>を増幅しないようにしていると、考えているのですがいかがでしょうか？

その理解でかまいません。直流に対しては単なるボルテージフォロアとして働くことになります。
交流成分についてはR1にあたる部分のインピーダンスが有限の値になりますので増幅効果が得られます。(位相のズレがπ/2を越えなければ)


>関連して、単電源の反転増幅の場合は、V+端子にVcc / 2を加えるだけでよいのでしょうか？

反転増幅回路で非反転入力端子にVbiasを入力すると、
Vout=(1+Rf/Rin)Vbias-(Rf/Rin)Vin
の出力が得られます。(Vinに対する反転増幅とVbiasに対する非反転増幅の重ね合わせ)
信号を増幅することが目的だと思いますのでRf/Rin>1としますと、
1+Rf/Rin>2となり、オフセット分が2倍以上になってしまいます。
ここでVbias=Vcc/2としてしまうと出力がVccを越えてしまうことになってしまいます。
当然のことながらこの電圧は出力できませんので期待した出力は得られません。

増幅率をA、入力信号の最大振幅をVmaxとしますと次の関係を満たすようにVbiasを決めることになります。
(1+A)Vbias+AVmax<Vcc (出力電圧の最大値<Vcc)
(1+A)Vbias-AVmax>0　　(出力電圧の最小値>0)

実際のオペアンプは0～Vccまで出力できるわけではありませんので、その分を考慮してVbiasを決めることになります。