『ボヘミアン・ラプソディ』はなぜ人々を魅了したのか >>

オペアンプ初心者です。
単電源オペアンプ(+5V)で交流電圧を整流することは、出来ないのでしょうか?

単電源オペアンプでの絶対値回路の作成方法です。
ありましたらよろしく教えてください。お願いします。

『OPアンプ活用100の実践ノウハウ』で『単電源OPアンプを効果的に使った絶対値アンプ』とあるのですが、これは、単電源オペアンプでの絶対値回路の作成方法ではないのでしょうか? この本を入手できなかったのでできればこれについても教えてください。

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A 回答 (4件)

AC結合については ANo.2,3 さんが回答されているので、「単電源OPアンプを効果的に使った絶対値アンプ」を紹介します。



回路はこのようなものです。

     ┌──── 100k ───┬─ 100k ─┐
     │               │  A2    │
     │      +15V      │┏━━┓  │
     │    ┏┷━┓ V1  └┨-  ┠─┴─ V2
 Vin ─┴ 1k─┨+  ┠─┬──-┨+  ┃
         ┌┨-  ┃  │    ┗┯━┛
         │┗━━┛  │     0V
         └─────┘
          A1

各部の波形はこのようになります。sin波を描けないので三角波で書きましたが三角波でもこのような波形になります。

 Vin /\   /\  _ 0V
       \/   \

 V1 /\__/\_ _ 0V

 V2 /\/\/\/ _ 0V

AD822 は単電源OPアンプで、この回路では 8pin を +15V、4pin を 0V として動作させていますが、このOPアンプの電源電圧範囲は 3V~36Vなので、8pin が3V~36Vの範囲なら動作します。普通の単電源OPアンプは 0V 未満の入力電圧を加えると、動作がおかしくなるのですが、このAD822 は入力端子に -20V を加えてもちゃんと動作するOPアンプです。そのため、A1 と書かれている最初のOPアンプの入力に正負の電圧が含まれる信号(sin波など)を加えると、入力信号が負電圧のとき、V1 には 0V が出力されます。入力信号が正の電圧のときは、A1 は利得1のバッファとして動作するので、V1 には Vin と同じ波形が出力されます。つまり、A1 は入力が正電圧のときだけ出力する半波整流器として動作します(V1の波形はそのようになっています)。2つ目のOPアンプ A2 は、反転入力(-)に対しては、利得が -1 (波形が反転)ですが、非反転入力(+)に対しては、利得が 2 (電圧が2倍される)なので、V2 に出てくる信号はそれらの差をとって
   V2 = -Vin + 2*V1
となります。したがって、入力信号 Vin が負の電圧のときは、V1 = 0V なので V2 = -Vin、入力信号 Vin が正の電圧のとき、V1 = Vin なので V2 = -Vin + 2*Vin = Vin となって、V2 には両波整流された波形が出てきます。AD822 は2回路入りのOPアンプなので、1つのICで上の回路が作れます。ここ(↓)にデータシートのURLを書いておきます。

AD822データシート http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/ …
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AC結合は,ここの3ページ「全波整流+平均値化フィルタ」で説明すると,


http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedi …
入力に入っているコンデンサで行われます.

これを単電源化するには,入力コンデンサは1個でOKです(+はこの回路側,-は入力信号側).
オペアンプの非反転入力(+)は,2つとも抵抗無しで,5Vを10k(1%)+10k(1%)で分圧した中点に接続します(+2.5V).
中点とグラウンド(0V)間には10μF程度のコンデンサを入れます.
右側のオペアンプの反転入力(-)と出力間に20k+2.5kVR(CAL表示)が入っていますが,これは正弦波を実効値指示するためのCAL(校正)用です.
ゲインを2より大きくすると出力電圧は5V迄振れるから,ゲインをn倍にするときはn×20kΩにします.
このままだと,出力電圧は+2.5V~5V間になるから,0V~5V間にするには,+5Vと右側のオペアンプの反転入力(-)間に反転入力(-)と出力間に入れた抵抗と同じ値(VRで調整した方が良い)を入れます.
使用するオペアンプは出力が0V~5Vまで振れるこれが良いでしょう.
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%2 …
なお,このオペアンプは先に紹介した回路には使えません.
あの回路に使用できるオペアンプは,データシートを見て応用回路にあの回路が載っている物が必要です
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単電源オペアンプでの絶対値回路はここの20ページに載っています.


http://www.national.com/ds/LM/LMC6482.pdf
出力にダイオードがついていますから,出力電圧は5V-VFで4V強と見るべきでしょう.
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。参考にさせてもらい作ってみます。

お礼日時:2007/12/05 23:50

その本に出ている『単電源OPアンプを効果的に使った絶対値アンプ』は、単電源OPアンプを使った絶対値アンプです。

ただし、これは、入力信号が負になっても出力反転しないOPアンプ(AD822)の特徴を生かした回路なので、入力信号がマイナス側に振れたときの動作を保障していないOPアンプは使えません。

普通の単電源OPアンプを使って絶対値アンプを作るには、OPアンプの非反転入力(+)を Vcc/2 でバイアスすればいいと思います。ただしこの場合、入力信号を AC結合で入れなくてはなりません。また入力信号の正負の波形が非対称だと正しく整流されませんし、整流後の出力も Vcc/2 を基準にした信号になります。
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この回答へのお礼

詳しい説明ありがとうございます。
初心者で分からないところがあるのですが、『OPアンプの非反転入力(+)を Vcc/2 でバイアス』というのは、Vccで使う+5Vを分圧をして単電源の(+)に入力してやればいいのでしょうか?

『入力信号をAC結合で入れなければならない』と言われているのですが、それは、とても難しいことなのでしょうか?ど素人の初心者なんでAC(交流?)結合という意味があまりわかりませんでした。
よろしければ、教えていただけませんか?

お礼日時:2007/12/06 00:00

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QアナログICを使った全波整流回路の作り方に関して

OPアンプを使って全波整流回路を作ろうと思ったとき
http://spectrum123.at.infoseek.co.jp/kenpa/zenpa/zenpa.htm
通常は上記のようなダイオードを使ったやり方をするようです。

http://www.analog.com/static/imported-files/jp/data_sheets/AD823_JP.pdf

しかしながら、上記の15ページにはダイオードを使わない方法も書かれています。


これらはどのように特性が異なるのでしょうか?

OPアンプを使った全波整流回路の作り方のこつのようなものがありましたら
教えて頂けないでしょうか?


それと全波整流用のアナログICってあるのでしょうか?
オペアンプを使わない、出来合えの全波整流用のアナログICがありましたら
教えて下さい。


帯域は50~500kHzほど必要としています。

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

> これらはどのように特性が異なってくるのでしょうか?
> そしてどちらを選ぶべきなのでしょうか?
知識・部品・計測器があればどちらでもかまいませんが,回路例1-1の方が周波数特性が良くなります.
わからずに作っても高性能が期待できる回路例1-1を勧めます.
もちろん,後ろの差動増幅器は計装増幅器構成にすべきでしょう.
紹介したページの一等下にも本来ならコンデンサを2個付けると解説があります.
http://210.155.219.234/Rectifier.htm
この本には,AC/DCコンバータですが各種回路の周波数特性が載ってました.
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/34/34371.htm

計装増幅器構成でも入力段を反転増幅器にするとCMRRの影響が無くなってさらに特性が良くなる可能性があります.
http://ww6.tiki.ne.jp/~funabashi/ac-dc.html
ただし,紹介の回路はAC/DCコンバータですから,OPアンプを高速なのに変更し,付いている22uFは削除します.
後ろにOPと抵抗4個の差動増幅器を付けます.

ダイオードは紹介したSBDを使ってください.
ゲルマニウム・ダイオード(1N60,1S34等)は,耐圧が低いだけでなく,現在売られているものの信頼性は?なんで勧められません.

> これらはどのように特性が異なってくるのでしょうか?
> そしてどちらを選ぶべきなのでしょうか?
知識・部品・計測器があればどちらでもかまいませんが,回路例1-1の方が周波数特性が良くなります.
わからずに作っても高性能が期待できる回路例1-1を勧めます.
もちろん,後ろの差動増幅器は計装増幅器構成にすべきでしょう.
紹介したページの一等下にも本来ならコンデンサを2個付けると解説があります.
http://210.155.219.234/Rectifier.htm
この本には,AC/DCコンバータですが各種回路の周...続きを読む

QOPアンプを使った絶対値回路について

OPアンプを使った絶対値回路について

「定本 OPアンプ回路の設計」を読んでいます。

入力の絶対値を出力する回路として、
下図のような回路が載っていました。
しかし、回路動作が全く書かれていませんでした。

どのように動作することによって、
絶対値回路として機能するのでしょうか?

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

この回路は巧妙ですね。「定本 OPアンプ回路の設計」には見つからないのですが何ページでしょうか?
添付すのように、入力電圧(Vin)が正と負の場合に分けて考えるといいです。図の赤字は電圧、青線は電流の向きです。

【 Vin > 0 の場合 】
上側のオペアンプ(U1)の非反転入力(+)は 0V に固定されていて、Vin > 0 のときは反転入力(-)が正になるので、U1 の出力には負の電圧が発生します。すると、D1 だけが導通し、D2に は逆バイアスがかかって電流が流れないので、D2 は存在しないものとみなせます(そのため添付図ではD1のみ描いてあります)。D2 が導通していなくても、反転入力と出力間は D1 で負帰還がかかっているので、「バーチャルショート」が成り立ち、反転入力と非反転入力の電圧は同じ 0V になります。このときこの回路は、0V に保持されている反転入力から R2 を経由して出力(C点)につながっているだけです。つまり、U1 の回路は反転増幅器ではなく、反転入力(-)の電圧をいつも 0V に固定しているだけの働きをしています。 したがって U1 の回路だけでは出力電圧は決まりません。出力電圧を決めているのは下側の U2 の回路です。

U2 では、非反転入力(+)に Vin が入力されているので、出力電圧は Vin と同じ符号になります。Vin > 0 のとき U2 の出力も正の電圧になるので、導通するのは D4 だけになります(D3 は逆バイアスになる)。U2 の出力が D4 につながり、D4 が R3 がつながっていて、R3 が U2 の反転入力につながっているので、この回路は電圧利得 1 のバッファになります。分かりにくいかもしれませんが、オペアンプの入力端子にはほとんど電流が流れないことを考えると、R3 による電圧降下はほとんどない、つまり R3 の部分が短絡しているのと同じだと考えると理解できると思います(R3 に精度が要らないというのは、R3 の値が変わってもバッファとしての働きに影響が少ないということ)。この回路が普通のバッファと違うのは、オペアンプの出力に D4 がついているところです。このため、オペアンプの出力電圧は、 Vin に D4 の電圧降下 Vf を加えたものになります(図の 0.6V というのが Vf になります)。このように、 U2 の働きによって、C点の電圧は常に Vin と同じに保持されているので、Vin > 0 のときの出力は Vin になります。添付図の下の波形は回路シミュレーションの結果(R1 = R2 = R3 = 1kΩ)ですが、A、B、C点の電圧の大小関係が分かると思います。

【 Vin < 0 の場合 】
このとき、U1 の出力電圧は正になるので D2 だけが導通します。その状態では U1 の出力は D2 と R2 を通って反転入力端子に帰還されているので「バーチャルショート」が成り立ち、反転入力と非反転入力の電圧はやはり同じ 0V になっています。したがって、出力電圧は -(R2/R1)*Vin になります。つまり、Vin < 0 のときの U1 部分の回路は反転増幅回路として働いているので、出力電圧はそのまま -(R2/R1)*Vin です。

このとき U2 は何をしているのかというと、Vin < 0 のときと同じバッファになっています。ただし、Vin > 0 で U1 の出力電圧 < 0 なので、D3 だけが導通した状態です。この状態でも、反転入端子と出力端子間には帰還経路が形成されているのでバッファになります。しかし、出力(C点)とU2 の間には R3 があるので、U1 と U2 は切り離された状態になっています。R3 があろうがなかろうが、U1 の働きによって、出力(C点)の電圧は常に -(R2/R1)*Vin に維持されているからです。R3 の値が変わっても出力電圧に変化が少ないので R3 の精度は要りません。しかし、R2/R1 で出力電圧のレベルが決まるので、理想的な全波整流とするには、R2/R1 = 1 とする必要があります(R2/R1 の精度は必要)。

この回路は巧妙ですね。「定本 OPアンプ回路の設計」には見つからないのですが何ページでしょうか?
添付すのように、入力電圧(Vin)が正と負の場合に分けて考えるといいです。図の赤字は電圧、青線は電流の向きです。

【 Vin > 0 の場合 】
上側のオペアンプ(U1)の非反転入力(+)は 0V に固定されていて、Vin > 0 のときは反転入力(-)が正になるので、U1 の出力には負の電圧が発生します。すると、D1 だけが導通し、D2に は逆バイアスがかかって電流が流れないので、D2 は存在しないものとみなせます(...続きを読む

Q単一電源(+5V)からオペアンプ用の両電源を作る

お世話になります。
5Vの電源からオペアンプ、ADコンバーター用の両電源を作る方法を検討しています。
電圧の計測をしたいので極力安定した電源にしたいのですが趣味の範囲なので安価に済ませたいです。
その一方で高精度の計測に使えるような極力安定した電源を作りたいです。
ネットで色々見つけたのですが結局どれが良いのか分からないのでお勧めを教えて下さい。
また、これ以外に良い方法があれば教えて下さい。

※記載した方法はチャージポンプが基本になっていますが、そもそもチャージポンプ自体が電源のノイズという点で気になってます。本当はディスクリートで組む電源の決定版みたいなのがあると嬉しいのですが・・・)

【条件】
1.5V、0.5A(ACアダプタ、USB)から+5V(0.2~0.3A)、±12V(0.1A以下。昇圧で厳しいなら±7V~±9Vも可。入力電源より高く、両電源になれば良い)を取り出したい
→+5Vは入力をそのまま使用し、±12Vの方をどうにかして作ることになると思っています。

2.なるべく専用のICは使わない(できればPICで済ませたい)
→負電源を作るICもありましたが秋月で買ったPIC12F675-Iが余っているので・・・



【候補】
案1.チャージポンプで昇圧して+12Vを作り、その+12Vをチャージポンプで反転させて-12Vを作る

  (A)チャージポンプによる負電源 http://analog-engineer.cocolog-nifty.com/blog/2011/11/post-1220.html

  (B)8ピンPICで作る オペアンプ用 負電源 http://picavr.uunyan.com/experiment_nega.html

  (C)LTspiceでチャージポンプ負電源 http://gomisai.blog75.fc2.com/blog-entry-487.html


案2.チャージポンプで昇圧して+24Vを作り、オペアンプで分圧して±12Vにする。

(D)オペアンプで分圧して両電源を作る http://www.ccad.sist.chukyo-u.ac.jp/~mito/ss/Hardware/ANcircuit/opAmp2/image13.jpg
   元ネタ:http://www.ccad.sist.chukyo-u.ac.jp/~mito/ss/Hardware/ANcircuit/opAmp2/index.htm


素人考えでは何となく案2の方が良いような気がするのですがどうなのでしょうか?

【案2が良いと思った理由】
+側も昇圧が必要だが案2はチャージポンプが1回で良い(案1は+用と-用の2回)

【案2の不安な点】
案1、案2ともにノイズが心配。
5倍の昇圧はかなり無理があるような気がする。(オペアンプがドライブできれば良いが大丈夫か?)
GNDが安定するのか?(案1はGNDは変わらないと思うが案2はオペアンプで仮想のGNDを作っているから)
電流はどの程度取り出せるのか?

お世話になります。
5Vの電源からオペアンプ、ADコンバーター用の両電源を作る方法を検討しています。
電圧の計測をしたいので極力安定した電源にしたいのですが趣味の範囲なので安価に済ませたいです。
その一方で高精度の計測に使えるような極力安定した電源を作りたいです。
ネットで色々見つけたのですが結局どれが良いのか分からないのでお勧めを教えて下さい。
また、これ以外に良い方法があれば教えて下さい。

※記載した方法はチャージポンプが基本になっていますが、そもそもチャージポンプ自体が電源の...続きを読む

Aベストアンサー

今日は。


>うまくやって7.8mAですか!

昇圧電圧を±24Vで計算しましたが±12Vでは倍の15.6mAになりますが、せいぜいこんなもんです。


>ちなみにこのサイトの過去の回答で気になるものがあるのですがベストアンサーの回路図が見れません。(多分なくなってしまったのでしょう)
どのような回路になっていたか推測できないでしょうか?


こちらに推定回路をアップしましたので参照ください。多分これで合ってると思います。

  こちら → http://yahoo.jp/4-O75D

Qオペアンプと負荷抵抗について

演算増幅器を用いた演算回路の実験を行っています。

反転増幅回路や非反転増幅回路、そして電圧フォロワの回路で、出力電圧(Vout)を測定する場合に、負荷抵抗を接続して測定しています。この負荷抵抗の値は51kΩと100Ωの2種類で測定をしています。

なぜ、このように負荷抵抗を接続して出力電圧を測定しなければいけないのでしょうか。(なぜ負荷抵抗が必要なのか。)
そして、負荷抵抗が51kΩの場合は、理論値に近い測定結果が得られるのですが、100Ωの場合では理論値とは異なる値になってしまいます。この理由を教えてください。
オペアンプはOP07を使用しています。

Aベストアンサー

1. 何故51kΩか?
 今回の実験の目的は、「負荷抵抗が大きいときと小さいときで、出力振幅が
 どう変わるか?」を考察するのが目的なのではないかと推察します。
 OP07は下記データシートにもありますように、負荷抵抗1kΩ以上で使用される
 オペアンプです。
 (2ページ表中最下段、[output voltage swing]参照))
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/OP07.pdf

 10kΩ以上では、出力振幅はほぼ一定になるので、100kΩでも1MΩでも
 同じ結果が出るはずです。→理論値に合致する
 「開放」でも構わないと思いますが、
  (1)現実的な負荷に近い、
  (2)並列に入る測定器のインピーダンス(1MΩ~)の影響を考えなくてよい、
 というところで、51kΩを選んだのではないでしょうか。 
 開放でも、51kΩでも結果が変わらないので、こうしたのだと思います。
 (わたしはOP07Aが負荷開放でも、正常動作することを確認しています)

2. 100Ω負荷
 これはOP07にとって、むちゃくちゃ厳しい負荷です。

 上記データシートに記載ありますように、電源電圧±15Vのとき、
   負荷抵抗10kΩで出力振幅 13.0V→2.0Vのドロップ
     〃 2kΩで出力振幅 12.8V→2.2Vのドロップ
     〃 1kΩで出力振幅 12.0V→3Vのドロップ・・・となっています。
 2kΩから1kΩになったとき、電圧降下が大幅に増加することに注目ください。

 極めて大ざっぱな計算ですが、
   (1)±12.8Vは9.08Vrms出力が可能、→2kΩ負荷では4.54mArms流れる。
   (2)±12.0Vは8.51Vrms出力可能、→1kΩ負荷では8.51mArms流れる。
   従って、 8.51-4.54=3.97mA の増加で 2.2-3.0=-0.8V落ちたので、
   内部抵抗は0.8V/3.97mA=約200Ωと概算されます。
  (この計算はあくまでも、状況把握のための概算です)

 これに100Ω負荷がつながれば、出力電圧は1/3になります。
 電源電圧±15Vかけても、最大3.54Vrms(p-p10V)しか取り出せません。
 もし閉ループ利得を10にとったとすれば、入力電圧0.35Vまでは、入出力
 比例しますが、それ以上は飽和して出力電圧は上がらないでしょう。

 もう一つ、わたしはこのような苛酷な使い方で、ICが熱破壊されることを
 懸念したのですが、この方は(内部抵抗が高いお陰で)300mW程度のロスに
 止まり、OP07のPd=500mWですから、破壊にまでは至らないでしょう。
 内部抵抗の低いICなら一発です。
 しかし、かなり熱くなったことを体験されたはずです。
 (手で触れられないくらい・・・)

質問者さんから、状況のご開示がないので、かなり無理をして推測をいたしました。
(エーかげんな推測で、他の方々からのお叱りは覚悟の上です。(^_^;))

OP07の出力インピーダンスは60Ωであることが、データシートに記載されています。
どなたか、「出力インピーダンスがあるから、出力電圧が下がる」と書いて
おられますが、これは誤りです。
オペアンプはフィードバックをかけ、閉ループで使います。
出力インピーダンスはこの閉ループの中に入るので、・・・正常動作している
限りは・・・これによって、電圧が下がるということは考えません。

参考URL:http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/OP07.pdf

1. 何故51kΩか?
 今回の実験の目的は、「負荷抵抗が大きいときと小さいときで、出力振幅が
 どう変わるか?」を考察するのが目的なのではないかと推察します。
 OP07は下記データシートにもありますように、負荷抵抗1kΩ以上で使用される
 オペアンプです。
 (2ページ表中最下段、[output voltage swing]参照))
http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/OP07.pdf

 10kΩ以上では、出力振幅はほぼ一定になるので、100kΩでも1MΩでも
 同じ結果が出るはずです。→理論値に合致する
 「開放」でも構わ...続きを読む

Q全波整流回路について教えてください!!

いま、全波整流回路について調べていて、説明が難しくてよく分からないのですが、どなたか分かりやすく教えてくれないでしょうか?
あと整流回路との違いも分からないので教えてください。

ちなみに今、調べて出てきた物が・・・
1)理想ダイオード回路を組み合わせると全波整流回路が得られる.入力電圧の正負に関係なく正の絶対電圧が得られるので,絶対値回路とも呼ばれている.
 電源回路で使う全波整流回路とは別物である.
2)交流の全サイクルを利用するもの。

というような内容なんですが、どうかお願いします。

Aベストアンサー

質問者が言われる「説明」を、つぎのように理解されたらよいのではないでしょうか。

●すなわち ・・・

1) 理想ダイオードを巧妙に組み合せると、「全波整流回路」を作ることができ、これはまた「絶対値回路」とも呼ばれる。その理由は、この「全波整流回路」の入力側に加えられた電圧が、正の電圧(例えば+10V)であっても、あるいは、負の電圧(例えば-12V)であっても、常にそれら入力側電圧の絶対値と同じ大きさの正の電圧(この例では+10V、または+12V)が、その「全波整流回路」の出力側に現れてくるからである。ここでいう「絶対値回路とも呼ばれている全波整流回路」は、電源回路で交流電源を整流して直流電源にする場合に使う[全波整流回路]とは、回路構成やその主目的が異なっており、名称は同じであるが互いに別のものである。

2) 電源回路に使う[全波整流回路]という整流回路も、ダイオードの組み合せで作ることができる。この整流回路は、交流電源を全波整流して直流電源に変換するものである。全波整流とは、交流の全サイクル、すなわちプラス波側の電力もマイナス波側の電力も、[全て]利用して直流電力として取り出すようにする整流方法である。このため[全波整流回路]という。(ご参考: これに対し、交流電源のプラス側だけを直流に利用する整流方法を、[半波整流]といいます。)

●それぞれの回路の仕組みや動作原理を理解するには、先の回答にあったサイトなどにある説明が、役立つと思います。

●なお、全波整流回路と整流回路との違いは、分類上の違いです。全波整流回路というのは、整流回路の一つです。「整流回路」はいわば大分類、「全波整流回路」とか「半波整流回路」はその下のいわば小分類に属するものです。

以上、ご参考になれば幸いです。

質問者が言われる「説明」を、つぎのように理解されたらよいのではないでしょうか。

●すなわち ・・・

1) 理想ダイオードを巧妙に組み合せると、「全波整流回路」を作ることができ、これはまた「絶対値回路」とも呼ばれる。その理由は、この「全波整流回路」の入力側に加えられた電圧が、正の電圧(例えば+10V)であっても、あるいは、負の電圧(例えば-12V)であっても、常にそれら入力側電圧の絶対値と同じ大きさの正の電圧(この例では+10V、または+12V)が、その「全波整流回路」の出力側に現れて...続きを読む

Qオペアンプを使った定電流回路

オペアンプを使った定電流回路についてご質問します。私は、通常、オペアンプを1つ使って、定電圧源を入力して電圧-電流変換回路を作って定電流源としていました。(オペアンプの許せる範囲で)ある人は、G=50dBの差動アンプ出力を1Ωのセンシング抵抗に接続し、計装アンプでその両端電圧を接続します。そしてその入力を10倍して、負帰還していました。尚、50dBの差動アンプは、カットオフ周波数が60HzのLPFを構成していました。閉ループ回路ということになるのでしょうが...特性的にはどちらが良いのでしょうか

Aベストアンサー

(周波数特性)や(現状の問題点)にお答えする前に、式の導出法を書いておきます。
計算し直してみるといくつかミスがありました。

【OPアンプの開ループ利得が有限の場合の出力電流の式の導出】

(1) OPアンプ1個の回路

    I1 →   ↓V1   I1 →
 Vin ─ R1 ──┬── R2 ──┐
           │┏━━┓   │
           └┨-  ┠──┤← A*( V2 - V1 )
       V2 → ┌┨+  ┃   │
           │┗━━┛   Rs ↓I2 + Ix
           │ ← I2     │
           ├─ R4 ───┤← Vx
      I2↓  R3         Rx ↓Ix
           ┷ GND      ┷

OPアンプの非反転入力端子(+)の電圧を V1 [V]、反転入力端子(-)の電圧を V2 [V] とします。OPアンプの入力端子には電流は流れないとすれば、抵抗 R1 [Ω] 、R2 [Ω] に流れる電流は同じで、これを I1 [A] とおきます。同様に、抵抗 R3 [Ω]、R4 [Ω] に流れる電流も同じなのでこれを I2 [A] とおきます。負荷 Rx に流れる電流を Ix [A] とすれば、センシング抵抗 Rs [Ω] に流れる電流は、I2 と Ix の和になります。一方、OPアンプの出力電圧は、非反転入力と反転入力間の電圧差に開ループ利得をかけたものなので、A*( V2 - V1 ) で表わされます。理想OPアンプでは A → ∞ とみなすので、V1 = V2 となりますが、A が有限の場合は V1 ≠ V2 です。これらのの値は回路図に書かれています。

オームの法則から、「 抵抗を流れる電流 = (電流が流れ込む側の電圧 - 電流が出て行く側の電圧)/抵抗値 」なので、それぞれの抵抗について電流と電圧の式を書き出すと
   R1について  I1 = ( Vin - V1 )/R1 --- (1)
   R2について  I1 = { V1 - A*( V2 - V1 ) }/R2 --- (2)
   R3について  I2 =V2/R3 --- (3)
   R4について  I2 = ( Vx - V2 )/R4 --- (4)
   Rsについて  I2 + Ix = { A*( V2 - V1 ) - Vx }/Rs --- (5)
となります。これを解いて Ix = の形にするのは難しそうですが、知りたいパラメータ(Ix)と、知らなくてもいいパラメータ(I1, I2, V1, V2 )を考えて、知らなくてもいいパラメータを消していくように変形していきます。

まず、I1 を消すために、式(1) の右辺 = 式(2)の右辺 という関係から
   ( Vin - V1 )/R1 = { V1 - A*( V2 - V1 ) }/R2
とします。これで I1 が消えました。これを変形して、V1 = の形にします(後で V1 を消すため)。すると
   V1 = ( Vin/R1 + V2*A/R2 )/{ 1/R1 + ( 1 + A )/R2 } --- (6)
となります。

同様に、I2 を消すために、式(3) の右辺 = 式(4)の右辺 という関係から
   V2/R3 = ( Vx - V2 )/R4
とします。これで I2 が消えました。これを変形して、V2 = の形にします(後で V2 を消すため)。すると
   V2 = Vx*R3/( R3 + R4 ) --- (7)
となります。

V1 と V2 も知らなくていいパラメータなので、これらを消すために、式(6)と式(7)を式(5)に代入します。すると
   I2 + Ix = [ A*[ Vx*R3/( R3 + R4 ) - ( Vin/R1 + V2*A/R2 )/{ 1/R1 + ( 1 + A )/R2 } ] - Vx ]/Rs --- (8)
となります。この式にはまだ I2 が残っていますが、これは式(7)を式(3)に代入すれば
   I2 = Vx/( R3 + R4 ) --- (9)
となります。I2 というのは、R3 と R4 に流れる電流ですから、式(9)は、R3 + R4 の両端の電圧 Vx を R3 + R4 で割ったのが I2 という当然の結果です。式(8) にはまだ V2 が残っていますが、これは式(7) ですでに与えられています。

したがって、式(7)と式(9)を式(8)に代入して、I2 と V2 を消せば
   Vx/( R3 + R4 ) + Ix = [ A*[ Vx*R3/( R3 + R4 ) - { Vin/R1 + Vx*R3/( R3 + R4 )*A/R2 }/{ 1/R1 + ( 1 + A )/R2 } ] - Vx ]/Rs
となります。これで知らなくていいパラメータはなくなりました。これを Ix = の形に変形すれば
   Ix = -R2*Vin[ Rs*{ R1 + ( R1 + R2 )/A } ] - Vx*{ R1*( R4 + Rs ) - R2*R3 + ( R1 + R2 )*( R3 + R4 + Rs )/A }/[ Rs*( R3 + R4 )*{ R1 + ( R1 + R2 )/A }
となります。ANo.3の最初の式の第二項に Vx がついていませんが、上式が正しいです。

真の定電流源とするには、この第二項をゼロとすればいいので
   R4 = { R2*R3 - R1*Rs - ( R1 + R2 )*( R3 + R4 )/A }/{ R1 + ( R1 + R2 )/A }
とすれば良いことになります。A → ∞ のときは
   R4 = R2*R3/R1 - Rs
となります。

(2) OPアンプ2個の回路

 Vin ─ R1 ─┬─ R2 ─┐
         │┏━━┓│   Ix →
         └┨-  ┠┴── Rs ─-┐
         ┌┨+  ┃         │
         │┗━━┛┏━━┓   │
         ├─ R4 ┬┨   +┠──┤
         R3    │┃   -┠┐ Rx ↓Ix
         ┷ GND │ ┗━━┛│ ┷
               └────┘

これは、(1)の回路で、Rs に流れる電流が I2 + Ix でなく、Ix としたものになります(Rs を流れる電流は、Rx にしか行ないので)。つまり、式(8)の左辺を、 I2 + Ix の代わりに Ix としたものになります
   Ix = [ A*[ Vx*R3/( R3 + R4 ) - ( Vin/R1 + V2*A/R2 )/{ 1/R1 + ( 1 + A )/R2 } ] - Vx ]/Rs --- (8')
これに式(7)
   V2 = Vx*R3/( R3 + R4 ) --- (7)
を代入すれば
   Ix = - R2*Vin/[ Rs*{ R1 + ( R1 + R2 )/A } ] + Vx*{ R2*R3 - R1*R4 - ( R1 + R2 )*( R3 + R4 )/A }/[ Rs*( R3 + R4 )* R1 + ( R1 + R2 )/A } ]
となります。

真の定電流源とするには、右辺の第二項をゼロとすればいいので
   R4 = R2*R3/R1 - ( R1 + R2 )*( R3 + R4 )/A
とすれば良いことになります。A → ∞ のときは
   R4 = R2*R3/R1 → R4/R3 = R2/R1
となり、(1)と違って、Rs の影響を受けません。

(3) 差動アンプを2個使った回路

      利得α バッファ
     ┏━━┓ ┏┓
 Vin ─┨+   ┠┨┠┐← V2
    ┌┨-   ┃┗┛│
    │┗━━┛  ┌┤
  V1│  ┏━━┓│Rs ↓Ix
    └─┨  +┠┘│
       ┃  -┠─┤← Vx
       ┗━━┛  Rx ↓Ix
        利得β   ┷

これは抵抗が少ないので計算は楽です。差動アンプ1の反転入力端子の電圧を V1( = 差動アンプ2の出力電圧)、差動アンプ1の出力電圧(= 差動アンプ2の非反転入力電圧)を V2 とすれば
   V2 = α*( Vin - V1 ) --- (1)
   V1 = β*( V2 - Vx ) --- (2)
が成り立ちます。一方、負荷電流 Ix はセンシング抵抗を流れる電流に等しいので
   Ix = ( V2 - Vx )/Rs --- (3)
となります。

式(2)を式(1)に代入すれば
   V2 = α*{ Vin - β*( V2 - Vx ) }
   → V2 = α*( Vin + β*Vx )/( 1 + α*β )
これを式(3)に代入すれば
   Ix = { α*( Vin + β*Vx )/( 1 + α*β ) - Vx }/Rs
    = Vin/{ Rs*( β + 1/α ) } - Vx/{ Rs*( 1 + α*β ) }
となります(ANo.2の式の第二項は+となっていますが、-の間違いです)。

この場合、抵抗比を調整しても真の定電流源にはできません。真の定電流源にするには α→∞ とするしかありません。βは変換利得( Ix/Vin )を決めるものなので∞にはできません。

(周波数特性)や(現状の問題点)にお答えする前に、式の導出法を書いておきます。
計算し直してみるといくつかミスがありました。

【OPアンプの開ループ利得が有限の場合の出力電流の式の導出】

(1) OPアンプ1個の回路

    I1 →   ↓V1   I1 →
 Vin ─ R1 ──┬── R2 ──┐
           │┏━━┓   │
           └┨-  ┠──┤← A*( V2 - V1 )
       V2 → ┌┨+  ┃   │
           │┗━━┛   Rs ↓I2 + Ix
           │ ← I2     ...続きを読む

QLM311というコンパレータについて

とある実験で、LM311というコンパレータを利用しようと思っています。そこで質問です。

(1)ICの規格を見る限り1~8端子のうちの1,5,6,7以外は分かるのですが1,5,6,7がよくわからないので教えてください。5,6は何かの調整用の端子で、1(emit out)は流れ出しのとき、7(col out)は流れ込みのときに用いるのだと思っているのですが、使い方&使わない場合の繋ぎ方(電源に繋ぐとか、GNDに落とすとか)などを詳しくお願いします。

(2)(1)が不明のため、とりあえず5,6,7は開放して使ってます(これがすでに違うかも・・・)。コンデンサを充電するRC直列回路(電源電圧Vc)で、コンデンサの電圧(V)をVin+として端子2につなぎ、比較用の電圧として別の電源(Vd)からVin-(端子3)につないでます。端子1をoutputにしてNPNトランジスタのベースに繋いで、VとVdを比較してスイッチングするようにしたいと思っています。この状態だと3の電圧が2にあらわれて、V=Vdまで一気に上がってしまっています。おそらく(1)が分かっていないせいだと思うのですが、別の理由ならば(1)とあわせてお願いします。


長文になってしまって、申し訳ありません。よろしくお願いします。

とある実験で、LM311というコンパレータを利用しようと思っています。そこで質問です。

(1)ICの規格を見る限り1~8端子のうちの1,5,6,7以外は分かるのですが1,5,6,7がよくわからないので教えてください。5,6は何かの調整用の端子で、1(emit out)は流れ出しのとき、7(col out)は流れ込みのときに用いるのだと思っているのですが、使い方&使わない場合の繋ぎ方(電源に繋ぐとか、GNDに落とすとか)などを詳しくお願いします。

(2)(1)が不明のため、とりあえず5,6,7は開放して使ってます(これがすでに違うか...続きを読む

Aベストアンサー

LM311はオープンコレクタ出力のコンパレータです。
電源は4,8(-VCC,+VCC)なのはわかりますよね。
あと入力が2,3なのもわかりますよね。

で、出力ですけどオープンコレクタで、1と7がショートしたり、開放したりする動作をします。

つまりたとえば1番をグラウンドにつないで、7番に抵抗を介して+VCCを接続すれば、コンパレータON時には1,7がショート状態になるので抵抗を経由してVCCからグラウンドに電流が流れます。
1番を-VCCに接続すれば、VCCから抵抗を経由して-VCCに流れるわけです。

つまり1,7は方向性のあるスイッチとして動作します。

5,6は使わないときにはショートさせればOKです。(メーカー奨励)

5,6は2通りの使い方があり、ひとつはオフセットバランス調整です。
もうひとつはストローブ入力として使います。
まあ今回は必要ないのでショートさせておきましょう。
(オープンでもたぶん動作しますけど誤作動の危険があります)

Q単電源OPアンプ

単電源OPアンプで非反転増幅回路を作るのですが、何も入力を入れていないときに出力は2.5Vなのでしょうか?それとも0Vなのでしょうか?
先生2人に聞いてみたのですが片方は5Vと接地だからその真ん中の2.5Vが中心となり増幅された波形がでるといい、もう片方の先生は0Vで+側だけ増幅されると言っていたのですがどちらが正しいのかわかりません。
それで作ってみたのですが……入力に何も波形入れずのじょうたいでオシロスコープで見てみたのですが2.5Vより少し上の電圧があり、2.5V中心なのかなと思っていたら……増幅率を上げてみたら今度は何故か5Vありました。
これは回路が間違っているのか……どうなのか不明で今悩んでいます。

単電源OPアンプで非反転増幅回路の場合、何も入力を入れていないときに出力は2.5Vなのでしょうか?それとも0Vなのでしょうか?
わかる人がいましたらどうか教えてください。
後、上に書いた何も波形を入力していないのに5Vとかあるのをどうにかする方法もわかりましたらよろしくお願いします。

Aベストアンサー

>C1=1μF、Rc=10kΩでやったのですが入力なしで1.5Vありうまくいきませんでした。
Rc はなくてもいいです。ここ(http://www.mizunaga.jp/opamp.html)に出ている非反転増幅器でRcを入れているのは、オペアンプの入力バイアス電流による誤差を補正するためですが、CMOSオペアンプの入力バイアス電流は極めて小さい(1pA未満)ので、このような目的でRcを入れる必要は全くありません(このような目的でRcを入れていたのは、オペアンプのバイアス電流が数十nAあった昔の話です)。しかし、オペアンプの保護のために、Rc のところに10kΩ程度の抵抗を入れるのは構いません。ここに抵抗が入っていれば、入力に過大電圧が加わった場合でも、オペアンプの入力端子に流れ込む電流が制限されるのでオペアンプが壊れる可能性が小さくなります。もし Rc を入れるのなら以下のような位置にしてください。
                         +5V
                          │(7)
                Rc   (3)┏━┷━┓(1)
   入力 ─ 1μF─┬─ 10kΩ ──┨+    ┠──┬─ 出力
            │         ┃     ┃   │
            │      (2)┌┨-    ┃   │
            │        │┗━┯━┛   │
            1MΩ      │    │(4)    │
            │        ├── ) - 10kΩ ┘
            │        5kΩ  │
     0V(GND) -┴─────┴──┴────── GND

>C1=1μF、Rc=10kΩでやったのですが入力なしで1.5Vありうまくいきませんでした。
Rc はなくてもいいです。ここ(http://www.mizunaga.jp/opamp.html)に出ている非反転増幅器でRcを入れているのは、オペアンプの入力バイアス電流による誤差を補正するためですが、CMOSオペアンプの入力バイアス電流は極めて小さい(1pA未満)ので、このような目的でRcを入れる必要は全くありません(このような目的でRcを入れていたのは、オペアンプのバイアス電流が数十nAあった昔の話です)。しかし、オペアンプの保護のた...続きを読む

Qオペアンプ反転増幅回路で+入力に繋がれた抵抗は何?

独学でアナログ回路の勉強をしている素人です。

オペアンプの反転増幅回路の基本回路だと、+入力はGNDに落としていますよね。
しかしネットで検索すると、抵抗を介してGNDへ落とす回路を見かけました。
この抵抗の役割がわからず、困っています。

実際の回路の画像を添付しました。
添付画像の赤い矢印のところの抵抗のことですが、これはどのような役割をしているのでしょうか。
一段目のオペアンプのように抵抗を介さずGNDに落としてはいけないのでしょうか。

自分が購入したアナログ回路の設計入門書にも(入門だからか)載っていませんし、自分なりに調べましたが、この抵抗の役割だけどうしても分かりません。

どうかご教授お願い出来ませんでしょうか。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

この抵抗は、オペアンプの入力端子に流れるバイアス電流による、出力電圧の理想値からのずれを抑えるものです。tadysさんと同じ主旨ですが、定量的には、理想値からのずれ(DC電圧のずれ)は、添付図の式(A)の Ib がかかった項になります。

添付図は、オペアンプを使った2入力の加算回路です。Vin1 と Vin2 という2つの入力電圧を加算し、正負を反転した電圧が出力電圧(Vout)になるものですが、オペアンプの入力端子に流れるバイアス電流 Ib が無視できない場合、添付図の式(A)のように、Ib のかかっている項が誤差になります。R4 がない場合は、式(A)で R4 = 0 としたものになるので
Vout = -[ (R3/R1)*Vin1 + (R3/R2)*Vin2 + Ib*R3 ]
となって Ib*R3 が誤差になります。ところが、R4 を入れて、添付図の最後の式のようにR4の抵抗値を調整すると、Ibの項が 0 となって、オペアンプの入力端子に流れるバイアス電流による誤差をなくすことができます。

ご質問の回路では、R1 = 20kΩ、R2 = 20kΩ、R3 = 20kΩ なので、バイアス電流による誤差をなくすには、本来は R4 = 1/( 1/20e3 + 1/20e3 + 1/20e3 ) = 6.67e3 Ω= 6.67kΩ にすべきです。

オペアンプの入力端子に流れるバイアス電流による誤差は、バイアス電流 Ib が大きいほど大きくなるので、FET入力のオペアンプやCMOSオペアンプのように、Ib がpA未満と非常に小さい場合には、添付図の式(A)の Ib 自身が非常に小さいので、R4 を入れなくても(R4を短絡しても)誤差は小さくなります。R4 を入れて誤差を小さくしたほうがいいのは、一般的に、Ib が 100nA以上のオペアンプを使った場合になります。

LM358の場合は Ib が最大100nAと、無視できる境界線あたりですが、ご質問の回路は交流だけを加算するもの(出力コンデンサで直流がカットされている)なので、バイアス電流によってVoutに直流的な誤差電圧が少々乗っていても問題ありません(オペアンプにLM358を使うのならR4はなくてもいい)。

なお、添付図では、オペアンプの反転入力端子(-)に流れるバイアス電流も非反転入力端子(+)に流れるバイアス電流も同じ Ib としていますが、現実には、この電流にはわずかな違いがあります(その違いを入力オフセット電流といいます)。しかし、この違いは一般に小さいので無視できることが多いです。

この抵抗は、オペアンプの入力端子に流れるバイアス電流による、出力電圧の理想値からのずれを抑えるものです。tadysさんと同じ主旨ですが、定量的には、理想値からのずれ(DC電圧のずれ)は、添付図の式(A)の Ib がかかった項になります。

添付図は、オペアンプを使った2入力の加算回路です。Vin1 と Vin2 という2つの入力電圧を加算し、正負を反転した電圧が出力電圧(Vout)になるものですが、オペアンプの入力端子に流れるバイアス電流 Ib が無視できない場合、添付図の式(A)のように、Ib のかかってい...続きを読む

QVccとVddの違い

トランジスタのバイアス電圧などでよくVccとかVddとかかかれているのをみます。
Vccのccとは何の略で、Vddのddとは何の略なのでしょうか?
また使い分け方を教えて下さい。

Aベストアンサー

cはコレクタ,dはドレインの略です.
Vcと表記すると該当のトランジスタ1個のコレクタ電圧を指しますよね.
Vccという表記は,それと明確に区別するために使われていると思います.
ccで,複数のトランジスタのコレクタを意味しているのでしょう.
つまり,ccは「コレクタ側電圧(電源)」,ddは「ドレイン側電圧(電源)」
と考えればよいでしょう.
ちなみに,Veeでエミッタ側のマイナス電源(NPNの場合)を表します.
それと,ccとかddとかは,大文字でCC,DDと表記することが決まっている
はすです.小文字の場合は「小信号」を意味するからです.
IEEEやJEDECで表記の規則が手に入るはずです.


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