オペアンプを使った電流ー電圧変換回路に関して

添付のような回路構成で、入力電流として数μA~数十μAの電流を10,000（10k）倍し、電圧値として取り出す回路を構成しました。
このような回路でRで示すような負荷抵抗を10～100Ω程度取り付ける場合があるかと思うのですが、
この抵抗の役割とどのくらいの抵抗値にすれば良いのかよく理解できておりません。

また、この抵抗Rは電流ー電圧変換倍率に影響はないものと考えているのですが正しいでしょうか？

お詳しい方、ご教授のほどどうぞよろしくお願いいたします。

質問者からの補足コメント

• 

  ご回答いただきました皆様、大変ありがとうございます。
  見かけ上、反転増幅器であることは理解しております。
  
  しかし、今回は電流ー電圧変換回路として使用いたします。
  数μAの電流入力（変化）を電圧値として確実に変換したい時、例えばRの値を０、10、100、1000Ωと変更した場合、どのようなことが起こり得るのでしょうか。
  
  この場合、Rのことは負荷抵抗と呼んでいるかと思います。
  
  ちなみにですが、Rを0にした場合、電圧出力は取り出せず、10Ωでは取り出すことができました。
  ただ、それ以外に変更した時どのようになるのか、確実に取り込むにはもっと良い定数があるのか
  理解できておりません。
  
  以上、どうぞよろしくお願いいたします。

    補足日時：2023/10/18 21:41

No.1 ベストアンサー 回答者： isoworld 回答日時： 2023/10/18 19:05

このＯＰアンプは＋入力が接地されていますから、－入力も仮想接地状態になっています。

なので、出力から１０ｋΩを通して－入力に流れ込む電流とＲを通してー入力に流れ込む電流は打ち消し合う関係になります。

ー入力に流れ込む入力電流値がＲ（一種の負荷抵抗）に影響されることがなければ（電流ー電圧変換と言っているのですから、そうなんでしょう）、Ｒの値は任意ということになります。
実用的にはＲはあまり大きな値にしないのが無難です。

No.6 回答者： phenylalanine 回答日時： 2023/10/19 20:25

添付図のように現実の電流源を電流 Io、抵抗Ro、寄生容量Co　の並列と仮定してみましょう。

Ioは、Ro と Raに分配されてしまいます。この点、Ra << Ro が望ましいでしょうが、一方で、Raの下限は、位相補償の面からの制約が考えられます。RfとCoからなる位相推移、最大90度が、OP-AMP内部の位相推移に追加されると、負帰還一巡は発振の可能性を帯びます。Raは前者位相推移を軽減するのに役立ちます。Rfに小容量コンデンサを並列に付加するような位相補償法なども組み合わせ検討、いかがでしょう。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2023/10/19 09:28

>Rを0にした場合、電圧出力は取り出せず、

>10Ωでは取り出すことができました。

それだと、入力は電流源ではないと思う。
純粋な電流源なら R には影響されない筈。

なので、入力が何者かわからないと、
Rの影響云々を答えるのは困難です。

No.4 回答者： denden_kei 回答日時： 2023/10/18 19:48

すみません。

確かに電流入力/電圧出力だとRの値に独立ですね。

10kΩの抵抗をR2、入力電流をiとします。
オペアンプの電圧ゲインA(=Vo/Vi)=R2/R
入力電圧Vi=R*i
Vo=Vi*A=R*i*(R2/R)=R2*i
よって、電流電圧ゲインVo/i=R2=10k
Rの値に独立に決まる。

これは回路設計現場の方には常識の回路なんでしょうね。適当なこと言ってすみませんでした。

No.3 回答者： denden_kei 回答日時： 2023/10/18 19:28

これってオペアンプで一番基本の反転増幅回路なんですが...。

https://analogista.jp/opamp-basic/

この回路の場合、電圧増幅率が10k(Ω)/R(Ω)になる、というのがオペアンプ(演算増幅回路)の基本のキです。

＞入力電流として数μA~数十μAの電流を10,000（10k）倍し、電圧値として取り出す回路

物理量の変換が入っていますが、入力i(A)に対し、出力側にi*10^4(V)が出るようにする意であれば、R=10kΩ/10k=1(Ω)
となります。計算上は。
(ノイズ対策とか実回路上の問題は考えないことにします)

ただ、他の方の回答を見て自信が無くなってきました...。
(みなさん学部でアナログ電子回路の授業取っていないんでしょうか。)

No.2 回答者： mimon01 回答日時： 2023/10/18 19:12

はい、マイナス側が電流入力でプラス入力を接地しているのであれば、Rの抵抗値はいくらでも同じ事です。

ただ、本当に0Ωだと仮想接地そのものになりますから、入力電流側の保護のために適当な抵抗を入れておいた方が安全だという程度の話です。
私は1kΩの金属皮膜抵抗を入れていましたね。
基本的すぎてバカにするなと言われそうですが、反転増幅になる事を見落とさないでください。

この回答へのお礼

アドバイスありがとうございます。入力電流（変化）を10k倍して電圧値として確実に取り出したい場合、Rの値は1でも10でも100Ωでも同じことなのでしょうか？
（あくまで入力電流の保護のいう意味合いだけで）
反転増幅になること、理解しております。
どうぞよろしくお願いいたします。

お礼日時：2023/10/18 21:48