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オペアンプを使った基本的な電流電圧変換の回路の発振について教えてください。
(+入力側はグランド、-入力側に電流入力と抵抗を返してネガティブフィードバックさせています)

最初は普通に動いていた回路だったのですが、オペアンプを交換したら発振すしてしまいました。

オペアンプはまったく同じシリーズのもので、違いは特性のばらつきのみです。
違うリールのものなので、おそらくロットが違います。
オペアンプ周辺のRやCはそのままにしており、オペアンプが変わることで発振したりしなかったりするのですが、これは、オペアンプのどの特性のばらつきが影響しているのでしょうか?
オフセット?増幅度?
どなたか、オペアンプのばらつきにより発振の有無が発生する理由を教えていただけないでしょうか?

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A 回答 (6件)

I/V変換に限ったことではないと思いますが、AMPなんてものは、動作自体がゆとりのあるものかギリギリなものかなんて紙一重です。

そんな条件の中、例えばオープンループゲインが10%変わるなんて十分有り得るでしょうし、内部の位相補償コンデンサだって10%ぐらいすぐ変わるでしょう。ばらつきでの動作を補償できる程ゆとりを持ったTYP設計を行うか、昔で言う軍事向けぐらいのばらつきのものを用いるか、どちらかですね。
そもそもI/Vってのは「発振しやすいもの」と考えて良い回路構成です。当方も何度も苦しめられたので、よくわかります。
質問の答えですが、「AC特性」と一言で済ませられると思います。ゲインが上がればゼロクロスは伸びますし、ゼロクロスがあがる要因は、何もゲインだけでは無いですし。複合的な「AC特性」と言わざるを得ません。
アナログは10年で一人前と言われる領域です。是非頑張ってくださいませ!
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 (すでに解決したことと思いますが、アンプの発振の質問はあまり無いと思うので 用意してた回答を載せておきます。)


>> オペアンプを使った基本的な電流電圧変換 <<

 「基本的な」とありますので、使用アンプは LM324 のような汎用オペアンプ だと想像して書きます。
で、
「アンプ回路の発振の話」は(昔の工作雑誌では定番記事だったそうですが)ネット上の工作サイトでは殆どありません。そのわけは 使われてるICが 極めて発振しにくいように IC内部で強力な対処がしてあるからです。 アンプの発振の質問はあまり無いと思うと書いたのも これが根拠です。
 ↓元祖の一例 LM324 2ページ等価回路のコンデンサ Cc がそれです。
http://www.national.com/ds/LM/LM124.pdf
 ICの特性がばらつく主要因は 不純物拡散の濃度や深さやマスク合わせの微妙なズレなどによる トランジスタの利得と帯域幅のばらつきです。上図の Cc は トランジスタの帯域幅より低い周波数で削ってるので、利得の傾きは良好な一次遮断(-20dB/decadeの直線)になってます。データーシート7ページ左上の図です。

 一次遮断の坂道の所では 位相遅れは 90度一定です。図で利得が0dBを切るまで良好な直線になってるので 位相は90度を保っています。これゆえ 電圧フォロア(0dB帰還)で使っても発振しない。これが「汎用オペアンプ」の売りです。
( 先人の昔話によると、新人が使っても発振しないので 先輩はウンチク話をする出番が無く「そんなアンプは邪道だ」と ぶんむくれだったそうですw  汎用アンプの王座に長く居る理由ですね。)

 利得のばらつきの方は、製造メーカーの腕しだいです。質問者が知りたい発振原因は多分これが絡んでます。特性表を見ても上限は押さえてませんよね。



 発振しにくい汎用アンプが 発振してしまう回路構成;
差動アンプの一般的な使用法は 教科書にあるように

 V1 ─Z1─┬─ Z2─┐
        |     |
        └|-\   |
          | A >─┼─ Vout
        ┌|+/   |
        |     |
 V2 ─Z3─┴─ Z4─┘   

です。 利得Aは一次遮断特性(90度遅れ)です。-入力側のループでは反転で180度加わるので もし Z1,Z2 の分圧回路が90度遅れなら 合計360度になります。もしその周波数で一巡利得が 1より大きいと 発振に至ります。
 で、
90度遅れる分圧回路は、

 V1 ─C1─┬─ R2─┐
        |     |
        └|-\   |
          | A >─┼─ Vout
        ┌|+/   |
        |     |
 V2 ─R3─┴─ R4─┘   

こんな普通の構成です。 発振とは入力がゼロでも出力が振動することですね、本当かどうか上図の V1,V2 を共に GND に落とすと、

     ┌─┬─ R2─┐
     C1 |     |
     |  └|-\   |
     ┷   | A >─┼─ Vout
        ┌|+/   |
        ├─ R4─┘   
        R3
        |
        ┷

 これが(人様にお進めできるほど良い)発振回路であることは、データーシート11ページ中央右の Squarewave Oscillator をご覧下さい。


 伝達関数で言えば 発振する必要条件『 一巡の位相が 360度、利得が 0dB 以上 』の二つが同時に成立してるのです。あなたの書込み

>> オペアンプ周辺のRやCはそのままにしており、オペアンプが変わることで発振したりしなかったりする <<

 つまり「外部回路の位相特性は変えてない」ゆえ、『アンプの利得のばらつき』が原因だと想像が付きます。 なお「IC内部の位相90度遅れ」の方は、利得が変わっても傾斜が変わらなければ変化しません。ばらつきは少ないと考えてよいです。



 回答No.2では 上図のような C1 成分が疑われたので、-入力端子につながってる素子を尋ねました。というより、汎用オペアンプを発振に陥らせるには 普通これしか無いですね。よく「出力に重いキャパシタ負荷を付けると発振する」と言いますが アンプ出力抵抗が上図の R2 で重い C が C1 なだけで、この話の範囲のことなのでした。
 さて、上図は「 C1入力の微分回路」とも呼ばれます。そして「微分回路は不安定です」と注釈が付くのが常ですがその理由もこの話そのままです。質問者の回路が実は微分回路だった可能性もw

 質問者の回路では +入力がグランド(シュミット帰還が無い)なのではっきり矩形波には育たなかったと思います。



 で、対策は
(1) 入力電流源にあると疑われる C1 を減らせれば最良です。
(2) そのCに直列に抵抗を入れる手段もあります。
(3) 上図 R2 に並列にキャパシタを入れて 閉ループ帯域幅を削って狭くする。 伝達関数で言うと アンプA、帰還路Hの閉ループ伝達関数=A/(1+AH) は A>>1 で ≒1/H と逆特性になるゆえ、ハイパスフィルタはローパスフィルタとして働きます。 帯域幅を狭くして、発振の条件『一巡の位相が 360度、利得が 0dB 以上』の、前者の周波数に於いて後者が成立しないようにするのです。
 キャパシタは 発振を止める特効薬ですが、それが効くメカニズムをよく心得ておきましょう。

 アナログ回路は細かな事をほじくると切りがないのでこの辺で。



 以上いっぱい書きましたが、アナログ回路では「電源にパスコンを付けたら治りました!」というのが一番よくありますね。
 
 
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>これは、オペアンプのどの特性のばらつきが影響しているのでしょうか?



関連データを一つ見つけました。
AD社のOP90のデータシートです。
http://www.analog.com/jp/prod/0%2C2877%2COP90%2C …

詳細データシートを開いて、2ページの表の下から4段目「CAPACITIVE LOAD STABILITY」を見てください。
これは「利得1で使ったとき、標準で650pFまで発振しない、最悪でも250pFまでは発振しない」という意味です。
これだけのバラツキがあると考えてよいのではないでしょうか?

ただし申し訳ないですが、これは、ご質問の「どの数値が影響する」(原因)ではなく「・・・関係する」(結果)です。
(ご質問の趣旨とちょっと違うので、お断りしておきます)
しかし、このデータを記載したオペアンプも極めて稀れです。
その他いろいろ調べましたが、「数値のバラツキが発振原因」となるようなデータはありませんでした。

わたしが探した限りでは見つかりませんでしたが、もし入力容量or出力容量のデータがあれば、これが発振原因と結びつく可能性はあります。
しかし、デバイス自体の容量は一般にそんなに問題になるほど大きくなく、大半は外部に接続する容量の方がはるかに大きい問題で、デバイス自体の入出力容量ははあまり影響しないと思います。

蛇足かもしれませんが、発振を「予見」するデータはいくつかあります。

mAXIM社のMAX4236/4237のデータシートです。
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX4236-MAX423 …

トップページ右側に、「200pF Capacitive Load Handling Capability」とあります。
これは200pF負荷での安定動作を保証していると考えられます。

7ページの図の下から二段目、一番右の図を見てください。(MAX4237 open-loop gain/phase vs frequency)
利得が1になるとき(約4MHz)の位相余裕は約40度です。
これはかなり厳しい値です。
一般には60度くらいに抑えます。
このように、「周波数が高くなるほど利得は小さくなり、位相回転も大きくなる。従ってオペアンプにとって、利得1での動作(電圧フォロワー)は最も厳しい条件」ということになります。
逆に言えば、「利得1で使えるか否かはオペアンプの使いやすさの目安(発振させないで使える)」、とも言えます。

MAXIM社のMAX4238のデータシートです。
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX4238-MAX423 …

5ページの下から二段目、一番右側の図をみてください。
利得1のところ(約2MHz)では位相余裕が0度です。
このオペアンプは利得1では使えません。

質問者さんが提示しておられる回路は、ほとんど「利得1」で、オペアンプにとっては大変厳しい条件です。
お使いになっておられるオペアンプは、利得1での動作が保証されているものでしょうか?
最初の方のデバイスは本当に「安定した動作」をしていたのでしょうか?
オペアンプの特性ギリギリでの使い方は一般にはしません。

「安定に動作している」と思っていても、実際は発振ぎりぎりで動作していることもあります。
安定に動作しているかどうかを見分けるには、
 (1)矩形波を入れてみて、そのオーバーシュートをオシロで観測する。
 (2)周波数ー利得特性をプロットして、高域でのピークをみる。
の方法があります。

       矩形波観測         f特における高域ピーク
 オーバーシュート率  位相余裕     ピーク値   位相余裕
       0%      90度        0 dB     90度
      10       60          0.2      60
      20       45          2.4      45

>オペアンプのばらつきにより発振の有無が発生する理由・・・

製造工程の違いにより、内部デバイスのストレーキャパシティの違いなどが影響していると思われます。
しかし、これらはデータシートでは表現されないので、評価データとすることは困難です。

以上、ご質問の趣旨から外れたことばかり、書き込んで申し訳ありません。
発振防止のご参考になれば幸いです。

参考URL:http://www.analog.com/jp/prod/0%2C2877%2COP90%2C …
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オペアンプの入力信号に対する出力の位相は周波数が高くなっていくにつれ遅れていきます 更に遅れますと同相になり この時の利得が1以上ですと発振します 負帰還アンプのはずが正帰還アンプとなって発振するのです


先述者の言われる「位相余裕の不足」はこの事です

対策1 負帰還抵抗を大きくする この場合直流&低周波領域で利得が上がりますが帯域が狭くなります つまり高い周波数での利得が下がりますので発振しにくくなります
欠点は帯域が狭くなって高速動作が出来ない事ですが必要なければこれでも良いでしょう 

対策2 入力側がどうなっているのか解りませんがこちらの定数&回路等を変更する事でも同様の事が出来ます
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  たぶん「位相余裕の不足」です。

周波数特性(ボーデ線図)上で 振幅が0dBを切る前に 位相が180度になってしまってるんです。そこの周波数で発振してます。
 差し支えなかったら、アンプの品名、電源電圧、帰還抵抗の値、負側に入れてる電流源は何か(特にCやL成分は無いか)、を教えて下されば より具体的な話ができるかもです。
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OP-AMPの出力から、ネガティブフィードバックしている部分に用る抵抗値が低い(0Ωに近い)と発振しやすくなります。


5KΩ ~ 100KΩ ほど入れているのなら問題ないとおもいますが。
回路図が無いので、これ以上のことはなんともいえませんが。
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QOP-アンプの発振に関することに関して教えて下さい。

OPアンプは高周波帯において、出力側で位相が遅れた成分が入力側に戻ることで、ポジティブフィードバックの状態になり発振してしまう。帰還容量を増やすことによって位相余裕を増やしてやることで
発振しないようにすることが出来る。
ということに関してなのですが疑問があります。

・帰還容量を増やすということは高周波側の成分の帰還量を増やすということに相当するわけですが、
となると帰還容量を増やすと逆に発振を促進することにはならないのでしょうか?

・コンデンサの特性として位相を送らせるというものがありますが、となるとコンデンサを経由して帰還してきた成分は90°遅れており、位相余裕が90°ほどもある周波数帯まで、入力と同じ位相になってしまい、やはり発振を促進してしまうのではないのでしょうか?

・そもそもコンデンサで入力側と出力側を繋ぐということは、帰還量だけではなく、オペアンプを経由せずに素通りしていく成分も増えることになり、この成分はオープンループゲインが0以下の周波数帯でもゲイン0で通過するのではないのでしょうか?


この3点いくら考えて調べても答えが見つかりませんでした。
どなたか詳しい方がおられたら教えて下さい。

よろしくお願い致します。

OPアンプは高周波帯において、出力側で位相が遅れた成分が入力側に戻ることで、ポジティブフィードバックの状態になり発振してしまう。帰還容量を増やすことによって位相余裕を増やしてやることで
発振しないようにすることが出来る。
ということに関してなのですが疑問があります。

・帰還容量を増やすということは高周波側の成分の帰還量を増やすということに相当するわけですが、
となると帰還容量を増やすと逆に発振を促進することにはならないのでしょうか?

・コンデンサの特性として位相を送らせ...続きを読む

Aベストアンサー

先ず前提として,外部ゲインが0dB(つまり100%負帰還)まで安定な電圧帰還型のOPアンプを対象にしているとゆうことを理解することが重要です.
外部ゲイン0dBでは不安定な電圧帰還型OPアンプ(例えばLF357とか)や,電流帰還型OPアンプでは,帰還容量を付けると発振します.

また,帰還量にはレベルと位相があり,帰還容量を付けると高周波側の成分の帰還量が増えますが,位相は進みます.

>・帰還容量を増やす・・・発振を促進することにはならないのでしょうか?
位相が進むために安定に100%負帰還がかけられます.

>・コンデンサの特性として位相を送らせると・・・発振を促進してしまうのではないのでしょうか?
位相は進みます.

>・そもそもコンデンサで入力側と出力側を繋ぐ・・・ゲイン0で通過するのではないのでしょうか?
先ず,OPアンプの入力でクランプされると共に,OPアンプ内部の寄生ダイオードで整流され,直流オフセット電圧の増加という形になります(ここの1ページ).
http://documentation.renesas.com/jpn/products/linear/rjj03d0644_ha17358a.pdf
実験してみればすぐわかりますが,ゲイン0での通過は観測されません.

発振の問題は伝達関数を求めて見ればすぐわかります.
OPアンプの特性や浮遊容量を含めた伝達関数は,シグナル・フロー・グラフを使えばあっという間に求まります.
http://www.mogami.com/paper/sparameter/sparameter-01.html
ここの「5.2 メイソンの非接触ループ法」です.

先ず前提として,外部ゲインが0dB(つまり100%負帰還)まで安定な電圧帰還型のOPアンプを対象にしているとゆうことを理解することが重要です.
外部ゲイン0dBでは不安定な電圧帰還型OPアンプ(例えばLF357とか)や,電流帰還型OPアンプでは,帰還容量を付けると発振します.

また,帰還量にはレベルと位相があり,帰還容量を付けると高周波側の成分の帰還量が増えますが,位相は進みます.

>・帰還容量を増やす・・・発振を促進することにはならないのでしょうか?
位相が進むために安定に100%負帰還が...続きを読む

Qボルテージフォロワが発振しないようにするにはどうしたら良いですか?

帯域の大きなオペアンプを使ってボルテージフォロワ回路を組んだ場合で、
被測定対象の容量が大きな場合など
どうしても発振してしまう場合どうすれば良いのでしょうか?
ボルテージフォロワの帯域を下げるにはどうしたら良いのか教えて頂けますでしょうか?
http://focus.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja130/jaja130.pdf
このページに一応解説がなされているのですが、出来る限り入力インピーダンスを下げずに発振を抑えたいので、
6ページにある3.3の方法がもっとも有効だということになるのでしょうか?
ボルテージフォロワの発振を抑えるというか単にローパスフィルタで見えなくしているだけのように思うのですが、
これで最良の方法なのでしょうか?

Aベストアンサー

最もよく使われている方法は、ボルテージフォロワと容量負荷の
間を小さい抵抗(10Ωとか)で分離するやりかたです。この場合
入れた抵抗R1のせいで出力電圧が減衰するので、この抵抗の後から
負帰還をかけます。(R2経由)

もしC1やR2がないと、抵抗R1と負荷C2によるLPFで位相が遅れ、
さらに発振しやすくなってしまうので、添付の図のように高い
周波数はOPアンプから直に帰還されるようにします。(C1経路)

これで安定にはなりますが、全体としての高周波特性が悪化
します。出力に抵抗を直列に入れた時点で、OPは容量負荷を
ドライブすることを放棄したようなもので、さらに高い周波数は
負荷を無視して帰還しているのですから。

どうしても容量負荷自体に対して、高い周波数までフォロワとして
働いて欲しい場合は、これはドライブ能力を増すしかありません。
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なお、CR直列回路を負荷に入れる(6ページ3.3の方法)は必ず
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容量に見えるよりは、抵抗成分も並列になっていて位相の遅れが
制限されることで安定になる、という狙いですので、容量負荷が
重いときはあまり効きません。

ただ、LPFで発振を見えなくしているといったインチキでは
ありません。ちゃんと帰還ループ一巡での位相を考えた方法です。

最もよく使われている方法は、ボルテージフォロワと容量負荷の
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入れた抵抗R1のせいで出力電圧が減衰するので、この抵抗の後から
負帰還をかけます。(R2経由)

もしC1やR2がないと、抵抗R1と負荷C2によるLPFで位相が遅れ、
さらに発振しやすくなってしまうので、添付の図のように高い
周波数はOPアンプから直に帰還されるようにします。(C1経路)

これで安定にはなりますが、全体としての高周波特性が悪化
します。出力に抵抗を直列に入れた...続きを読む

Qオペアンプ 発振防止

テキストを読むと、ゲイン余裕や位相余裕等の説明があります。
しかし肝心な発振対策はあまり見られません。余裕関連の測定を各自やってケースバイケースで勝手にやれという事でしょうか?発振対策に使えるテキストや文献があれば紹介して下さい。

Aベストアンサー

発振現象は,帰還経路があり,
その周波数帯域でプラスのゲインを持ち,
発振の位相条件がそろったときに起きる現象です.

一般的には帰還経路があり広帯域でプラスのゲインを持つと,
どこかで位相条件を満たすため発振をします.
広帯域アンプなどは注意が必要です.

具体的な発振対策としては
1)帰還経路を遮断する.
2)ゲインを下げる.
3)位相をいじる.

という順ではないかと思います.

まずは,帰還しないようにすれば,発振は止まります.
しかし,どうしても帰還経路を止めることができない場合は
発振周波数付近でのゲインを下げ,発振を止めることもあります.
これは,所望の帯域でのゲインも下がってしまうことがあるので,
あまり使いたくないですが,帰還経路をどうにもできない場合には
この方法を使うこともあります.
最後ですが,このもの(1品)が何とかすればいい場合は,
帰還経路にCやLなどを入れて位相をずらすことも考えられます.
しかし,位相をずらしても,広帯域でプラスゲインを持っていると
ほかの周波数で発振条件を満たしてしまう場合が多く難しい
対処方法になります.

発振現象は,帰還経路があり,
その周波数帯域でプラスのゲインを持ち,
発振の位相条件がそろったときに起きる現象です.

一般的には帰還経路があり広帯域でプラスのゲインを持つと,
どこかで位相条件を満たすため発振をします.
広帯域アンプなどは注意が必要です.

具体的な発振対策としては
1)帰還経路を遮断する.
2)ゲインを下げる.
3)位相をいじる.

という順ではないかと思います.

まずは,帰還しないようにすれば,発振は止まります.
しかし,どうしても帰還経路を止めることができない場合は
発振周波数付近で...続きを読む

Qオペアンプに使用するパスコンは何故0.1μFなのでしょう?

いろいろ本を見てもパスコンは0.1μFをつければいい。という内容が多く、
何故パスコンの容量が0.1μFがいいかというのがわかりません。
計算式とかがあるのでしょうか?

Aベストアンサー

下記の「図2コンデンサの特性:(b)」を見てください。
http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm002900590.pdf

0.1μFのセラコンは、ほぼ8MHzで共振しています。
つまり8MHzまではキャパシタとしての特性を示しており、これより高い周波数ではインダクタと
なってしまうことがわかります。

0.1μFは単純に計算すると8MHzで0.2Ωのインピーダンスを示し、これは実用上十分低い
インピーダンスと考えられます。
つまり、大ざっぱにいって、10MHzまでは0.1μFのセラコンに守備を任せることができるわけです。
(従って、当然のことですが、10MHz~1GHzを扱うデバイスでは0.1μFでは不十分で、0.01μF~10pFといったキャパシタを並列に入れる必要が出てきます)

では低域の問題はどうでしょうか?
0.1μFは1MHzで2Ω、100kHzでは20Ωとなり、そろそろお役御免です。
この辺りからは、電源側に入れた、より大容量のキャパシタが守備を受け持つことになります。
(この「連携を考えることが、パスコン設計の重要なポイント」です)

ここで考えなければならないのが、この大容量キャパシタと0.1μFセラコンとの距離です。
10MHzは波長30mです。
したがって、(これも大ざっぱな言い方ですが)この1/4λの1/10、すなわち75cmくらいまでは、回路インピーダンスを問題にしなくてよいと考えます。

「1/40」はひとつの目安で、人によって違うと思いますが、経験上、大体これくらいを見ておけば、あまり問題になることはありません。
厳密には、実際に回路を動作させ、て異常が出ればパスコン容量を変えてみる、といった
手法をとります。

上記URLは、横軸目盛りがはっきりしていないので、お詫びにいくつかのパスコンに関するURLを貼っておきます。
ご参考にしてください。
http://www.rohm.co.jp/en/capacitor/what7-j.html
http://www.cqpub.co.jp/toragi/TRBN/contents/2004/tr0409/0409swpw.pdf
http://www.murata.co.jp/articles/ta0463.html

参考URL:http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm002900590.pdf

下記の「図2コンデンサの特性:(b)」を見てください。
http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm002900590.pdf

0.1μFのセラコンは、ほぼ8MHzで共振しています。
つまり8MHzまではキャパシタとしての特性を示しており、これより高い周波数ではインダクタと
なってしまうことがわかります。

0.1μFは単純に計算すると8MHzで0.2Ωのインピーダンスを示し、これは実用上十分低い
インピーダンスと考えられます。
つまり、大ざっぱにいって、10MHzまでは0.1μFのセラコンに守備を任せることができるわけ...続きを読む

Q反転増幅回路の発振を防ぐ方法について

反転増幅回路の発振を防ぐ方法として、OPアンプ出力後(添付図参照)に抵抗を入れるとよいと聞いたのですが、なぜなのかわかりません。
詳しい方いらっしゃいましたら、ご回答よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

回答NO.2です。 回答の補足です。OPアンプの出力へRxとCsを負荷した場合のOPアンプの出力OUTの出力抵抗の前からOUT端子までの伝達関数はsをラプラス演算子として以下の式で与えられます。

V(out)/V(1)={Cs*Rx*s+1}/{Cs*(r0+Rx)*s+1}  (1)


式(1)で分子のゼロωzは

   ωz=1/(Cs*Rx)   (2)

で与えられ、分母のポールωpは

   ωp=1/{Cs*(r0+Rx)} (3)

で与えられます。周波数特性は式(1)でs=jωとおいて得られますが、形としては低い周波数ではゲインは0dB。ポール周波数ωpでゲインはωzが十分高ければー3dB。この場合はωpにωzが近いのでー1dB程度の低下・そして位相も少し遅れる。
 周波数がさらに上がってゆくとゼロの影響でゲインは再び上昇してゆきます。位相も戻ってゆきます。この周波数特性をシミュレーション計算した結果を添付しておきます。

 黄色がRx=1uΩ、即ちショートした状態で太い線がゲインを細い点線が位相wp示してます。薄青色がRx=100Ωの時の特性です。

 Rxに100Ωを入れただけで位相の遅れは約-7.5°に抑えられているのが分かると思います。Rxがショートされた状態だとCsの影響がもろに出て位相は大きく遅れてゆく(周波数の上昇に伴って)のが分かります。

 これがRxを挿入する効果ということになります。

回答NO.2です。 回答の補足です。OPアンプの出力へRxとCsを負荷した場合のOPアンプの出力OUTの出力抵抗の前からOUT端子までの伝達関数はsをラプラス演算子として以下の式で与えられます。

V(out)/V(1)={Cs*Rx*s+1}/{Cs*(r0+Rx)*s+1}  (1)


式(1)で分子のゼロωzは

   ωz=1/(Cs*Rx)   (2)

で与えられ、分母のポールωpは

   ωp=1/{Cs*(r0+Rx)} (3)

で与えられます。周波数特性は式(1)でs=jωとおいて得られますが、形としては低い周波数ではゲインは0dB。ポール周...続きを読む

Qオペアンプのボルテージフォロアの帰還抵抗

オペアンプでボルテージフォロアを組む場合、教科書ではVoutと-入力を短絡すればいいと書いてあるのですが、あるアンプの回路をみたら短絡ではなく10kオームになっていました。
先輩に聞いたら発振防止のために入れるらしいですが、なぜ10kオームなのかという理由はわかりませんでした。
抵抗を入れるのはどういう場合なのでしょうか。
抵抗を入れる場合は定数をどうやって決めるのでしょうか。
教えてください。

Aベストアンサー

短絡でなく10kオームとなっているのは、+入力から見た信号源インピーダンスと-入力から見た信号源インピーダンスの差を小さくし、出力のDCオフセットとDCドリフトを小さくするためでしょう(バイアス電流の影響)。

ただし、ここに10kオームを入れると、高い周波数でのフィードバック位相が-入力の容量の影響で遅れますので、発振しやすくなります。
この場合、10kオームとパラレルにコンデンサを入れることもあります(位相補償)。

Q反転増幅器の周波数特性

入力電圧V1=300mV、R1=10kΩ、Rf=100kΩの反転増幅回路で周波数を100Hzから200kHzまで徐々に変化させていくと、10kHz以降から位相差が生じて、出力電圧、利得が減少しはじめました。どうしてこんなことが起きるのでしょうか?その根拠がわかりません・・・
そしてなぜ10kHzから生じたのかという根拠もわかりません。
どなたかご回答の程よろしくお願いします。

Aベストアンサー

関連する質問を紹介しますので、この回答を参考にレポートを書いてください。

μPC741というオペアンプを使って反転増幅の周波数特性をG=0,10,20dBと3種類測定しました。
(1)3種類とも利得が-3dBになる高域遮断周波数が約40kHzになりました。理論値と比較したいのですが理論式の導出がわからない
(2)周波数をあげると生じる入出力の位相差の原因とその理論式(たぶんスルーレートが関係すると思うのですが)
(3)位相差と利得の低下にはどんな関係があるのか http://okwave.jp/qa3510524.html

基本的な反転増幅回路における周波数特性が右下がりになる理由を理論的に説明したいのですが、回路にコンデンサが使われていないので、カットオフ周波数が求められなくて困っています。オペアンプは751です。右下がりになる理由はカットオフとオペアンプの周波数特性によるものですよね? http://okwave.jp/qa3048059.html

非反転増幅、反転増幅の回路実験を行ったのですが、1kHzや100kHz を入力すると、約10倍の増幅が確認できたのに対し、1MHzを入力した場合、約1.2倍となりほとんど増幅が確認できませんでした。 これはなぜでしょうか http://okwave.jp/qa3055112.html

反転増幅回路と非反転増幅回路に周波数特性に違いがあるらしいのですがそれがどういった違いなのかわかりません。わかる方いらっしゃいましたら教えてください。 http://okwave.jp/qa4078817.html

関連する質問を紹介しますので、この回答を参考にレポートを書いてください。

μPC741というオペアンプを使って反転増幅の周波数特性をG=0,10,20dBと3種類測定しました。
(1)3種類とも利得が-3dBになる高域遮断周波数が約40kHzになりました。理論値と比較したいのですが理論式の導出がわからない
(2)周波数をあげると生じる入出力の位相差の原因とその理論式(たぶんスルーレートが関係すると思うのですが)
(3)位相差と利得の低下にはどんな関係があるのか http://okwave.jp/qa3510524.html

基本的な反転増...続きを読む

Qボルテージフォロワの役割がよく分かりません。

ボルテージフォロワは、電流が流れることで寄生抵抗によって電圧値が低下しないようにするために、回路の入力段及び出力段に入れるものであると思いますが、
これを入れるのと入れないのでは具体的にどのような違いが表れるのでしょうか?

オペアンプを使った回路では通常、電流は流れないはずですので、このようなものは必要ないように思うのですが、どのような場合に必要になるのでしょうか?

Aベストアンサー

#1のものです。

ちょっと説明がうまくなかったようです。
ボルテージフォロワを使用するのは、次の段の入力インピーダンスが小さく電流がある程度流れる場合に、信号を元の電圧をそのまま受け渡す際に使用します。
とくに信号源の出力インピーダンスが大きいときは信号源に流れる電流を減らすため、受ける側の入力インピーダンスを大きくする必要があります。
反転増幅回路を用いると、入力インピーダンスを大きくすることができません。(反転増幅回路の入力インピーダンスは信号源と反転入力端子の間の抵抗にほぼ等しい。この抵抗の大きさはさほど大きくできない。)
非反転増幅回路を用いると、入力インピーダンスを大きくすることができます(非反転増幅回路の入力インピーダンスは非反転入力と反転入力のピン間インピーダンスにほぼ等しく、かなり大きな値になる。)が、増幅率が1よりも大きくなってしまいます。
これを元の信号のレベルに下げるために抵抗で分圧してしまうと、分圧に使用した抵抗分出力インピーダンスが増えてしまいます。これでは何のためにオペアンプを入れて電流の影響を減らしたの意味がなくなってしまいます。
元の電圧のまま、次の段に受け渡すにはボルテージフォロワがよいということになります。


次に、#1の補足に対して。
>反転増幅回路と非反転増幅回路は単に反転するかしないかの違いだと思っていたのですが、
>それ以外に特性が異なるのですか?
これは、上でも述べていますが、反転増幅回路と非反転増幅回路は、増幅回路の入力インピーダンスが異なります。
信号源の出力インピーダンスが大きく、電流が流れると電圧が変化してしまような用途では入力インピーダンスを高くできる非反転増幅が有利です。

>・出力インピーダンスとは出力端子とグラウンド間のインピーダンスだと思っていたのですが、それでいくと分圧するということは
>出力インピーダンスを下げることになるのではないのでしょうか?
違います。出力インピーダンスとは信号を発生させている元と入力先との間のインピーダンスを意味します。
出力インピーダンスは信号源から流れる電流による電圧降下の大きさを決定付けます。
オペアンプを使った回路での出力インピーダンスは、理想的な状態ですはゼロになります。
分圧用の抵抗を入れてしまうと、分圧に使用した抵抗のうち信号源と入力先に入っている抵抗分が出力インピーダンスとして寄与していしまいます。

>・それと非反転増幅回路の出力を抵抗などで分圧することで増幅率を1以上にするデメリットを教えて下さい。
これは、何かの勘違いですね。
非反転増幅回路で増幅率を1よりも大きくしたいのなら分圧などする必要はありません。
非反転増幅で増幅率を1以下にしたい場合は、何らかの方法で信号を減衰させる必要があります。ここで分圧を使うのはあまり好ましいことではないということです。

#1のものです。

ちょっと説明がうまくなかったようです。
ボルテージフォロワを使用するのは、次の段の入力インピーダンスが小さく電流がある程度流れる場合に、信号を元の電圧をそのまま受け渡す際に使用します。
とくに信号源の出力インピーダンスが大きいときは信号源に流れる電流を減らすため、受ける側の入力インピーダンスを大きくする必要があります。
反転増幅回路を用いると、入力インピーダンスを大きくすることができません。(反転増幅回路の入力インピーダンスは信号源と反転入力端子の間の抵抗...続きを読む

Qオペアンプに電源を入れただけでノイズがたくさん出るのですが・・・

オペアンプを使って電流電圧変換器を作りました。
帰還抵抗値は10kΩ、パスコン容量は10pF、帰還容量は1pFです。
これをスペクトラムアナライザで見てみると入力段に何も信号を入れなくても、大量のフロアノイズ及び周期的なノイズピーク(凡そ100kHzおき)に出ています。
この原因は何なのでしょうか?
こんな簡単にオペアンプが発振するとは思えないのですが・・・
いろいろ考えてみたのですが、分かりませんでした。
どなたか知ってらっしゃいましたら教えて下さい。

Aベストアンサー

OPA2604のデータシート1ページ目の FEATURES を見ると、ゲイン1で安定( UNITY-GAIN STABLE)と書かれていますので、帰還率が1でも発振しないと思います。念のため、オープンループゲイン/位相の周波数特性(4ページ)を見てみましたが、Voltage Gain = 1 ( 0dB )のときの位相余裕が40度あるので、反転入力(-)と出力間に帰還抵抗を入れた状態で、反転入力をopenにしても発振しないと思います。

OPA2604の実物が手元にないので、回路シミュレータ(Circuit Maker)で様子を見てみました。オペアンプを OPA2604 とし、帰還容量を Cf = 1pF、帰還抵抗を Rf = 10kΩ~500kΩ、非反転入力(+)=0V として出力波形を見てみましたが異常はありませんでした。他に考えられる発振の原因として以下の3つがあります。
   (1) 容量性負荷による発振
   (2) パスコンが10pFと小さいことによる発振
   (3) 反転入力端子の容量による発振
(1)については、データシート9ページの FIGURE 2 に、大きな容量性負荷の駆動回路の例が出ているので、出力端子に10000pFの容量をつけてシミュレーションしてみましたが発振しませんでした(出力電圧は完全なDCではありませんがnV未満のAC信号しか出ません)。(2)については、電源ラインに配線インダクタンスを模した 0~500μH のコイルを入れてみましたがこれでも発振はしませんでした。(3)についてですが、反転入力端子(-)と負荷に付けた静電容量がともに数千pFの場合に、Rf = 10kΩ で発振し、Rf = 500kΩでは発振しないとういう現象が見られました。可能性としては低いと思いますが、反転入力端子(-)と出力端子の両方に大きな容量(数十mの同軸ケーブルなど)がつながっていませんか?

>クローズループでのゼロクロスポイントの計算はどうすれば良いのでしょうか?
ちょっと時間をください。

OPA2604のデータシート1ページ目の FEATURES を見ると、ゲイン1で安定( UNITY-GAIN STABLE)と書かれていますので、帰還率が1でも発振しないと思います。念のため、オープンループゲイン/位相の周波数特性(4ページ)を見てみましたが、Voltage Gain = 1 ( 0dB )のときの位相余裕が40度あるので、反転入力(-)と出力間に帰還抵抗を入れた状態で、反転入力をopenにしても発振しないと思います。

OPA2604の実物が手元にないので、回路シミュレータ(Circuit Maker)で様子を見てみました。オペアンプを OPA...続きを読む

Q閉ループゲイン 開ループゲイン

オペアンプの閉ループゲイン、開ループゲインとはそもそも何なのでしょうか?
根本的なとこがわかりません。
どなたかよろしくお願いします。

Aベストアンサー

[図6.1-41]を見てください。
これが開(オープン)ループゲインです。(青色)
(フィードバックをかけていないときの利得ー周波数特性)
http://my1.interlink.or.jp/~md0858/series4/densi0613.html

70Hzくらいまでは100dBの利得がありますが、より高い周波数では-6dB/oct(=-20dB/decade)でどんどん下がっていき、7MHzくらいで0dBとなります。
(最大利得と周波数特性はオペアンプの種類によって異なるが、この”傾向”はすべてのオペアンプについて言える)

[図6.1-43]を見てください。
例えば80dB(60dB)のフィドバックをかけたとすると、利得は20dB(40dB)になりますが、利得一定の周波数幅がうんと広くなることにお気づきでしょうか?
これが閉ループゲインです。

一般に、オペアンプの開ループゲインは100dB以上ありますが、これを開ループで使うことは滅多にありません。
周波数特性が問題にならないコンパレータのときくらいのものです。

参考URL:http://my1.interlink.or.jp/~md0858/series4/densi0613.html

[図6.1-41]を見てください。
これが開(オープン)ループゲインです。(青色)
(フィードバックをかけていないときの利得ー周波数特性)
http://my1.interlink.or.jp/~md0858/series4/densi0613.html

70Hzくらいまでは100dBの利得がありますが、より高い周波数では-6dB/oct(=-20dB/decade)でどんどん下がっていき、7MHzくらいで0dBとなります。
(最大利得と周波数特性はオペアンプの種類によって異なるが、この”傾向”はすべてのオペアンプについて言える)

[図6.1-43]を見てください。
例えば80dB(60...続きを読む


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