オペアンプ自体の原理を教えてください。
非反転増幅回路などの説明は不要です。
オペアンプ自体の回路が知りたいです。

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簡単に言ってしまえば+入力と-入力の差分を猛烈に増幅する差動の直流アンプです。

増幅というより、コンパレータと考えたほうがわかりやすいかもしれません。
増幅回路にするときには、出力を入力に戻しますよね?出力の変化によって+/-の入力の差分が小さくなる方向にすれば、だんだん+と-の入力電圧が近づいて、最終的にほぼ一致したところで安定するという考え方で、その結果として入出力電圧の関係を見ると教科書にあるような式が出てくるんですね。

イマジナリ・ショートとかバーチャル・ショートとか言って入力の電位が等しくなるというのを前提にして「ここの電位が等しいから出力はこうなる・・」みたいな説明をしていることもあるようですけど、電位が等しくなるのはあくまでも「そんな風に回路を組んだから」であって、オペアンプ自体が両者の電位が等しくなるように動作しているわけではありません。オペアンプはそんな洒落たことは考えてなくて、あくまでも入力電圧の差分を思い切り増幅しているだけです。
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中身を知りたいのなら、差動増幅器の塊です。

それで半分以上終わり。あとは、オフセット調整の回路、入力インピーダンスを上げて出力インピーダンスを下げる仕組み、周波数帯域やスルーレートを上げる仕組み、などなどの回路テクニックというか末梢の話。もっとも、その末梢に関心がある人もいるのでしょうが。。。。
設計者の卵に教えることと、原理を理解して使う人に教えることとはまるで違います。
前者は知りませんが、後者については
私はオペアンプのディテールを知る必要はないと学生に言っています。オペアンプを使うことはあっても設計することはまずないだろうからです。学生にはオペアンプは入力インピーダンスと差動利得とが∞で出力インピーダンス〇、そして帯域幅が十分広い直流アンプだと知れば十分だ、と教えています。設計者への教育は別でしょうけど。
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基本は作動増幅回路です。


http://www.riric.jp/electronics/design/opamp/und …
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Qオペアンプのノイズゲインとは?

帰還率βの逆数らしいのですが、そのように定義される理由等が判りません。ぐぐってみましたが、今ひとつわかりませんでした。説明頂くか、掲載されているURLを教えて下さい。

Aベストアンサー

A#1,2に付け加えると,
> 普通のゲインと同じですね
多入力の加減算器では普通のゲインと帰還率βは異なります.
また,T型帰還では帰還率βの計算は面倒になります.
更に,ここの「図3. 双方向電流源」のように正帰還併用だとノイズゲインの計算は面倒です.
http://www.analog.com/static/imported-files/jp/application_notes/AN106jp.pdf

ここには普通のゲインは変えずにノイズゲインを大きくして安定なアンプを作る手法が紹介されています.
http://focus.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja130/jaja130.pdf

Qオペアンプ回路を組んでみました。非常に基本的な非反転増幅回路で帰還抵抗

オペアンプ回路を組んでみました。非常に基本的な非反転増幅回路で帰還抵抗には250kΩ、
マイナス端子からGNDに1kΩがつながっています。電源は9Vの単電源で入力は1/2Vccのバイアスを乗せています。
ここで質問なのですが入力をGNDに短絡するとサーというヒスノイズが非常に目立ちます。
(エレキギターのブースターとして使うのですがギターのボリウムを絞ると入力がGNDに短絡状態になります)
このノイズは消すことは不可能なのでしょうか?

Aベストアンサー

ボリュームを絞ったときにだけノイズが出るのは、ボリュームを絞ったときにオペアンプが発振しているからではないでしょうか。ANo.2さんの回答のように、入力と 0.1uF の間に 1kΩ の抵抗を入れると発振止めになる(ノイズが消える)場合があります。ここ(http://www.zea.jp/audio/hamp/hamp_01.htm)の回路は両電源の非反転ヘッドホンアンプ(低域ブースト付)ですが、配線の引き回しによっては、ボリュームを絞ったときに異常発振するため、それを防ぐために R1 を入れています。

使用しているオペアンプは何でしょうか。電圧利得が250倍と大きいので、オペアンプの入力オフセット電圧が最大で ±10mV あると、出力電圧に最大 ±2.5V のオフセット電圧が乗ります(出力電圧は 2V から 7.5V を中心に振れる)。最悪の場合、出力信号の振幅が 1V 以上になると波形がクリップする可能性があるので、オフセット電圧の小さいオペアンプを使ったほうがいいと思います。

Qオペアンプで反転出力を得る場合は非反転と反転どちらが良いでしょうか

D-Aコンバータの出力をオペアンプを使用し、IV変換します。
その出力を一定のゲインを持たせて増幅させるのですが、増幅信号は
2種類で、反転した信号と非反転した信号を得られるようにしたいのですが、
どのようにすればよいのかはっきりとしません。
扱うのは直流ですが、高速です。
負荷は、容量負荷ですので、充電電流が確保できれば良い程度です。
容量負荷を100ns以下で充電する充電電流としてMAXでも200ma以下(ただし、振幅によっては
もっと必要になる場合もあります)です。
精度は16ビット1LSBほど必要。
帰還抵抗は精密抵抗を使用します。

何点か方法が浮かぶのですが、それぞれの利点や欠点が今一解りませんので、教えていただきたいです。

得たい信号は下記図のようになるのですが、単純にIV変換後に
反転増幅、非反転増幅にて出力を得る。
入力インピーダンスが違うので、出力電圧の違いが出る?程度?数LSB程?
出力インピーダンスはこの場合、反転増幅側と非反転増幅側のアンプゲイン
が同じなので、ループゲインも同じになり、ほぼ同じ?

         →(増幅)反転出力
D-A→IV変換
         →(増幅)非反転出力

下記のように、反転出力だけで得る方法。
IV変換後の入力インピーダンスは同じに出来るが、反転を2段にするため、
若干遅れる?反転2段の方は、ゲインをそれぞれ変えても良さそうです。

         →(増幅)反転出力
D-A→IV変換
         →(増幅)反転出力→(ゲイン-1)反転出力

下記のように、簡単にする。
IV変換部で必要な電圧を得なければならないので、ちょっときつそうです。
ユニティゲインで動作する高速高電圧アンプはあんまり無かったです。
数Vの高速アンプ(更に高ゲイン16ビット精度であるため、100dB以上は必要)はあるため、

         →出力
D-A→IV変換
         →(-1)反転出力

と言う感じで、何点か回路は浮かぶのですが、利点と欠点が見えません。
最初の二つはどれでも良いような気がするのですが、どのように考えればよろしいのでしょうか。

よろしくお願いします。

D-Aコンバータの出力をオペアンプを使用し、IV変換します。
その出力を一定のゲインを持たせて増幅させるのですが、増幅信号は
2種類で、反転した信号と非反転した信号を得られるようにしたいのですが、
どのようにすればよいのかはっきりとしません。
扱うのは直流ですが、高速です。
負荷は、容量負荷ですので、充電電流が確保できれば良い程度です。
容量負荷を100ns以下で充電する充電電流としてMAXでも200ma以下(ただし、振幅によっては
もっと必要になる場合もあります)です。
...続きを読む

Aベストアンサー

tanceです。
16ビット精度のまま挑戦されるとのことですが、それでも仕様の解釈
などはよく見直してください。本当に要求されている性能は何かと
いうことです。

高精度抵抗はたとえばこんなものですが、それでも15ビット相当くらい
しかありません。
http://www.yokogawa.com/jp-mcc/gmi/dc/gmi-2792a-001-jp.htm
値段は意外と安く 約20万円です。

現実問題として、こんな抵抗をたくさん使うわけにはいかないと思い
ます。もう少し現実的な部品としては
http://www.alpha-elec.co.jp/w2img/ww1210144653H19M07.pdf
なんかが良いと思います。それでもものによっては抵抗1本\5000くらい
は覚悟してください。

温度変化が少ない環境だったり、その場での再現性さえ良ければOK
という用途だったり、絶対値は問わないとか、何らかの楽になる要素
を探してください。そうすれば大幅に実現性が向上するはずです。

そして、さらなる難関は200mAという大電流と100nsecというスピード
です。これについてはそれこそ仕様次第なので何とも言えませんが
難関であることは間違いありません。

頑張ってください。

tanceです。
16ビット精度のまま挑戦されるとのことですが、それでも仕様の解釈
などはよく見直してください。本当に要求されている性能は何かと
いうことです。

高精度抵抗はたとえばこんなものですが、それでも15ビット相当くらい
しかありません。
http://www.yokogawa.com/jp-mcc/gmi/dc/gmi-2792a-001-jp.htm
値段は意外と安く 約20万円です。

現実問題として、こんな抵抗をたくさん使うわけにはいかないと思い
ます。もう少し現実的な部品としては
http://www.alpha-elec.co.jp/w2img/ww12101...続きを読む

Qオペアンプの非反転増幅について

いつもお世話になっております!
表題について質問致します。
添付画像の(1)の反転増幅は
理解しております。
NFBと仮想接地で出力が(1)式に
なりますよね。

(2)の様な、まるで反転増幅をする
ようなフィードバックをして、なおかつ
非反転端子に入力する場合、出力は
どうなるでしょう?(2)式ですか?

Aベストアンサー

これは増幅回路ではありません。
通常出力は飽和してしまいます。(出力可能な電圧の上限もしくは下限が出力される)

この回路はコンパレータになります。
正帰還を加えることでヒステリシスをもつコンパレータです。
"ヒステリシス コンパレータ"で検索するといろいろと説明されたサイトが出てくると思います。

なお、OPアンプに負帰還がかかっていな場合、仮想接地などは成立しません。Vin+とVin-の大小に応じて飽和した出力が発生します。

Q■ Dr.DACのオペアンプ交換について ■

■ Dr.DACのオペアンプ交換について ■

オペアンプ交換時にPNPやNPNの出力タイプを注意する必要がありますでしょうか?
新日本無線の4558系、5532系オペアンプを両方使用したいと考えております。
また、音質が悪いオペアンプを探しております。

Dr.DACでオペアンプを交換経験がある方、ご教授をお願い申し上げます。

Aベストアンサー

えーと、私の知る限り、PNPだとかNPNだとかでどうのこうの…というのは、オペアンプではあり得ないと思うんですけどね。

確かに、メーカー発表の「等価回路図」では、オペアンプの種類によって入力段もしくは最終段がPNPのものとNPNのものがあるのは知らないワケじゃないですが、オペアンプは、まぁざっくり乱暴に言えば「差動増幅」が構成されてりゃ回路素子はNPNでもPNPでもどっちでもいい話なので、そんなところは問題にすらならないはずです。
実際、中身が等価回路どおりなわけでもないですしね。現実は等価回路より遙かに複雑で、等価回路でNPNもしくはPNPになっている部分が、実際には全然違うっていうのが当たり前です。

ただ、入力段がPNPもしくはNPNのバイポーラトランジスタ構成か、FET構成か…という点では、音質面でも若干の違いが出る事は多いです。
新日本無線の製品なら、バイポーラ型かFET型かは、スペックシートにきっちり書いてあります。

>また、音質が悪いオペアンプを探しております。

えーと、質問者の方の意図まではわかりませんが、本当に「音質の悪い」ものが必要なら、4558系や5532系を選ぶ時点で間違いです。
本当に「悪い音質」が欲しいなら、オーディオ用で定評がある型番を選んではダメですよ。4558も5532も「音が(それなりに)良い」からこそ有名になってロングセラーになってんですから。

音が悪いのが欲しいなら、スペックには注意ながら「汎用」で「オーディオ界では聞いた事もない」ようなオペアンプを選ぶべきです。

私だったらNJM1458とかの、明確に4558よりスペックの劣る互換オペアンプ使いますけどね。

えーと、私の知る限り、PNPだとかNPNだとかでどうのこうの…というのは、オペアンプではあり得ないと思うんですけどね。

確かに、メーカー発表の「等価回路図」では、オペアンプの種類によって入力段もしくは最終段がPNPのものとNPNのものがあるのは知らないワケじゃないですが、オペアンプは、まぁざっくり乱暴に言えば「差動増幅」が構成されてりゃ回路素子はNPNでもPNPでもどっちでもいい話なので、そんなところは問題にすらならないはずです。
実際、中身が等価回路どおりなわけでもないですしね。現実は等価...続きを読む

Q非反転増幅回路と帰還回路

非反転増幅回路とRCを用いた帰還回路(図参照)の
帰還率を求める問題で困っています。

式を導出する問題なので、答えは以下のように分かっています。
β=1/{1 + (R1/R2) + (C2/C1) + j(ωC2R1 - 1/ωC1R2)}

β=1/A
(Aは電圧利得)
ということは分かっているのですが
帰還回路のAは、どのように求めたらいいのか分かりません
そもそも帰還回路の仕組み自体をあまりよく理解していないから
分からないのかもしれませんが・・・

どのように求めるのか
概要だけでかまいませんので、どなたか教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

非反転増幅回路としてみれば
帰還率:β=R4/(R3+R4)
電圧利得:A=(R3+R4)/R4
です.
この回路は有名なウイーン・ブリッジ発振回路ですから,
OPアンプの本に式と説明が載ってます.例えばこれ
http://www.amazon.co.jp/dp/4789837483

またここでも議論されています.
http://www.bbs-reedjp.com/ADI/index.php?bid=4&v=1246696015HpDuLK

Qオペアンプのばらつきでおきる発振理由について

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?

Aベストアンサー

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!

Q反転増幅器と差動増幅回路

増幅回路についての質問です。
反転増幅器と差動増幅回路を接続して増幅する場合、どちらを初弾にする方が望ましいのでしょうか?また、それはなぜですか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

反転増幅回路の後に差動増幅回路を置いても何も得るものは無いと思います。
初段に非反転増幅回路(+入力用と-入力用を別々に計2つ)をおいて、その後に差動増幅回路をおくと、入力インピーダンスが高くなるので、そういう必要がある場合によく使われます。

Qオペアンプを使った同軸デジタル音声分配回路

オペアンプ(NJM2137)を複数使って16分配できる回路を自作したいのですがどのような回路に
すればいいでしょうか?

入力用のオペアンプ1つの出力に出力用の8個のオペアンプに繋ぎたいです。

Aベストアンサー

No.1です。まだ見ておられますか?
表題が「デジタル音声分配回路 」とありますが、扱う信号は?
・ 音声信号(低周波、10kHz以下)
・ 音声がディジタル化された高周波信号(PCMなど)
低周波であれば、同軸ケーブルとはいえ、インピーダンスは関係ありません(単なるシールドされた線です)が、高周波であればインピーダンス整合が必要となります。

インピーダンスマッチングとは、下記を言います。
・受信信号を75Ω同軸ケーブルから受けるのであれば、抵抗75Ωで終端してオペアンプ入力(高インピーダンス)へ、
・75Ω同軸ケーブルに出力するのであれば、オペアンプ出力は一般的に低インピーダンスなので、75Ωを通して同軸ケーブルに接続する

NJM2137のデータシートを見ると、推奨は出力負荷1kΩ程度のようです。
75Ω同軸ケーブルに出力するのであれば、高周波75/50Ω系専用のオペアンプを探したほうが良いでしょう。

8分岐は、1個で受けて抵抗で分配して8個(のオペアンプ入力)に繋げばよいですが、注意は、
・受信オペアンプの負荷が適正となる分配抵抗値とすること。
・この受信の出力~8個のオペアンプの入力部分は雑音進入口なので、配線それを考慮して設計すること。
 この部分はコンパクトに設計すれば、インピーダンスは余り気にしなくても良い(但し、扱う周波数とインピーダンス(抵抗値)による)。単なる電圧伝送です。

以上は、「75Ω系を受信して8分岐してそれぞれ75Ω系に出力する」ことが前提になっています。
「8個のオペアンプに繋ぎたいです。 」が上記と異なれば、話は別です。
たとえば、「入力用のオペアンプ1つの出力」と「出力用の8個のオペアンプ入力」はどれだけ離れているのか(物理的に)、が設計要点になります。

No.1です。まだ見ておられますか?
表題が「デジタル音声分配回路 」とありますが、扱う信号は?
・ 音声信号(低周波、10kHz以下)
・ 音声がディジタル化された高周波信号(PCMなど)
低周波であれば、同軸ケーブルとはいえ、インピーダンスは関係ありません(単なるシールドされた線です)が、高周波であればインピーダンス整合が必要となります。

インピーダンスマッチングとは、下記を言います。
・受信信号を75Ω同軸ケーブルから受けるのであれば、抵抗75Ωで終端してオペアンプ入力(高インピーダンス)へ、
・75Ω...続きを読む

Q非反転増幅回路の特性

OPアンプを用いて、非反転増幅回路(5倍)をつくり、実験をしたら、次のような結果が得られました。

電圧に対する特性:電圧を上げていくと増幅率が下がる。
周波数に対する特性:周波数を上げていくと、20kHzぐらいから入力電圧と出力電圧の波に位相のずれが生じ始め、50kHzぐらいから増幅率が下がり始めた。

この結果から、高電圧、高周波数範囲では増幅器としての役割を果たさないということは解りましたが、なぜそうなるのかというところが解りません。わかるかた、どうか教えてください。

Aベストアンサー

OPアンプの出力電圧の振幅は電源電圧以上にはできませんから、入力電圧が高くなると当然振り切れてしまいます。OPアンプの種類にもよりますが+-12Vで使ったとしてエミッターフォロワータイプなら約+-9.5V程度、コレクターフォロワータイプやFET出力段になっているものならほぼ電源電圧まで振れます。

増幅率が5倍なら、その1/5、約2V程度で振り切れてしまい、単純に出力電圧/入力電圧の式で計算すると振り切れて以降は、出力電圧は上がりませんから、増幅度は低下します。もし電源電圧より高い出力電圧を必要とするなら、もっと高い電源電圧の増幅器を後ろにくっつけるか、交流ならトランスを使って帰還ループもそこから取る必要があります。

ちなみに最大出力振幅は、エミッターフォロワで、電源電圧-2.5Vです。

それから周波数特性ですが、周波数が高くなってくるとICの中のトランジスタの中にあるPN接合面に生じるわずかな静電容量(要するにコンデンサ)の影響が出て来ます。例えば100pFの接合面容量があったとして、50KHzでおよそ30KΩの抵抗と同じになります。これがトランジスタのベースエミッタ間の容量ならば、入力に並列に30kΩの抵抗が入ったのと同じになり、入力インピーダンスや帰還抵抗の計算に対する影響が無視できなくなります。周波数が高くなればなるほどこういう影響は派手になり、やがては増幅器として機能しなくなります。おおまかで、原因はこれだけじゃないけど、大体こんなお話だと思います。ですから、高周波用や高速動作のものはICの段階からそれなりの作り方をします。

OPアンプの出力電圧の振幅は電源電圧以上にはできませんから、入力電圧が高くなると当然振り切れてしまいます。OPアンプの種類にもよりますが+-12Vで使ったとしてエミッターフォロワータイプなら約+-9.5V程度、コレクターフォロワータイプやFET出力段になっているものならほぼ電源電圧まで振れます。

増幅率が5倍なら、その1/5、約2V程度で振り切れてしまい、単純に出力電圧/入力電圧の式で計算すると振り切れて以降は、出力電圧は上がりませんから、増幅度は低下します。もし電源電...続きを読む


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