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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?

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A 回答 (5件)

#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。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

最初の質問内容から外れて来ましたが、後一つだけ、ここで
質問させてください。
入力インピーダンス、出力インピーダンスというのは
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A5%E5%8A%9B% …

このページの図にあるZsのみを差し、ZLを含んでいない、
というのは合っていますか?

お礼日時:2009/06/22 01:15

#4の補足に対して


>このページの図にあるZsのみを差し、ZLを含んでいない、
>というのは合っていますか?

合っています。
この図で言うとZsが出力インピーダンスで、ZLが今の議論での増幅回路の入力インピーダンスに当たります。
Zsが大きいとZLをそれよりも十分に大きくしないとVsとVLのズレが大きくなることが確認できると思います。
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本来の質問と掛け離れた方向に向かっているので回答させていただきます。



>ボルテージフォロワの役割がよく分かりません。
本来の目的は入・出力の負荷の影響を受けないか与えないために、必要な部位に
挿入されます。
 1.低レベルの動作で、安定度を必要とする回路の出力段に挿入されます。
 (水晶発振回路やVCOなど負荷変動や温度安定度を必要な回路です。)
 2.負荷の入力抵抗が低く、接続すると信号源への影響が無視出来ない場合。
 (高周波回路の入力やSPアンプの様に低インピーダンス負荷の場合)

>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?
1.水晶発振回路やVCOでは、発振周波数が変動や温度安定度が低下します。
2.信号発生器などでは規定の電圧出力範囲が得られなかったりします。
3.高周波回路では波形が歪んだり本来の信号出力が得られなくなります。

少し誤解がある様ですので、補足すると、
オペアンプの動作は負帰還を掛けて使用している場合は、
出力インピーダンスは低インピーダンスで、入力インピーダンスは高インピー
ダンス動作です。
1.反転増幅回路の入力インピーダンスは入力抵抗値となります。
2.非反転増幅回路では高インピーダンスとなります。
3.出力を抵抗などで分圧すると合成抵抗値が出力インピーダンスとなります。
 (抵抗分割出力とするとオペアンプの低出力インピーダンスのメリットが無く
  なります。)
*オペアンプの動作原理を解説サイトなどで勉強してください。
 
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昔のステレオアンプにはフォノ入力というものが付いていました。


アナログレコードを再生するために低雑音増幅器が入っていたのです。
ところが当時のOPアンプの性能はプアだったので、金に糸目をつけない高級機(数十万円以上)はディスクリートで組まれていました。
しかし、安物アンプ(数万円位)の場合は安く作るためにOPアンプの入力に低雑音トランジスタ(あるいはJ-FET)が追加されていました。
もう少し高級機(十数万円位)になると低雑音化のためにNFループの素子のインピーダンスを低くします。するとOPアンプの出力電流が大きくなる⇒OPアンプの出力段がAB動作になり歪率が悪くなる。⇒対策としてOPアンプの出力にフォロワを追加する。
というわけです。
いずれにしても最近は見かけなくなりましたね。
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オペアンプを使用する回路でも、反転増幅回路のようなものだと、信号源を流れる電流はゼロにならないため信号源の出力インピーダンスによる電圧降下が起こってしまいます。



非反転増幅回路を使えば、信号源に流れる電流をほとんどゼロにできますが、非反転増幅回路では増幅率を1よりも大きくすることしかできません。
非反転増幅回路の出力を抵抗などで分圧すると、全体としての出力インピーダンスが大きくなってしまいオペアンプを使用する利点が吹っ飛んでしまいます。

信号源の出力インピーダンスが無視できず、さらに信号と出力の線形性を高める、さらにそのままの電圧を維持するにはボルテージフォロワが最適といえます。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

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?

手元にあるオペアンプの本を見てみると、非反転増幅回路では増幅率を1より大きく出来るように書かれていますが、
これはご回答の「非反転増幅回路の出力を抵抗などで分圧すると、全体としての出力インピーダンスが大きくなってしまいオペアンプを使用する利点が吹っ飛んでしまいます。」
というところに相当するということでしょうか?

上記はただの確認なのですが、以下の2つは質問です。

・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?

・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。ご回答でも上げられている通り
信号と出力の線形性が下がるということですか?

お礼日時:2009/06/21 10:57

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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ボルテージフォロワとは?

ボルテージフォロワはどのような点で利用されるのでしょうか? インピーダンス変換と言われたのですがよくわかりませんので、どうか教えていただけないでしょうか?

Aベストアンサー

例えば、(連続的に出力電圧が調整できる)多段の抵抗分圧器などを考えるといいのではないでしょうか。

格段の間にボルテージフォロワを入れれば、出力は格段それぞれの分圧比の掛け算で決まり、出力電圧の調整・設定は容易です。ボルテージフォロワを用いないと、格段の並列抵抗を考えないと分圧比が決まらず、(初段の位置によって2段目の利き方が変わるなどの)面倒なことが起こります。

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Qオペアンプ(ボルテージフォロワ)

オペアンプについて今学んでいるのですがボルテージフォロワ
ですこしわからないのですが、
最大の特徴がインピーダンス変換と書かれていたのですが
よくわかりません。
オペアンプは入力インピーダンスが非情に大きく、出力インピーダンスは小さいので、ボルテージフォロワは電圧を保ったまま、大きな出力インピーダンスを小さな出力インピーダンスに変換できるそうですが・・・
入力電圧=出力電圧と関係があるのでしょうか?
そもそもオペアンプの理想特性で入力インピーダンスが∞(非常に大きい)、出力インピーダンスが0(非常に小さい)の理由もわかりません。なぜそのような特性がいいのでしょうか?
インピーダンスのwikiを見てもよくわかりませんんでした;;

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。
電源(正しくは電圧源、もしくは信号源)の内部インピーダンス(内部抵抗)の事を考えれば判りやすいかと思います。

普通の乾電池は1.5ボルトで、豆電球が繋がってもLEDが繋がってもラジオが繋がっても1.5ボルトですね。

しかし、どんな状況でも1.5ボルトを保てるわけではありません。
取り出す電流が大きくなると、出力電圧は下がってしまいます。
#逆に電流が少ない場合、新しい乾電池だと2ボルト近くあります。

この電流の変化に対する電圧変化(電圧降下)を、抵抗と同じように考えて、内部抵抗、もしくは内部インピーダンスといいます。

1Aの電流を余分に流した時、電池の電圧が1.5Vから1.3ボルトまで下がったとしたら、この電池の内部インピーダンスは、
(1.5V-1.3V)/1A=0.2オーム
となります。

あらゆる電圧源、信号源には、これと同じように抵抗部分を考える事が出来、これを内部インピーダンスといいます。

今、内部インピーダンスが10オームで現在の出力電圧が1ボルトの電源に、10オームの負荷を新たに繋いだらどうなるか考えてみましょう。
抵抗は、負荷が10オーム、内部インピーダンスが10オームで事実上、20オームになります。
すると、負荷を流れる電流は、
1ボルト/20オーム=0.05アンペア
となります。
理想的な電源では内部インピーダンスはゼロですので、本来なら、この負荷には、
1ボルト/10オーム=0.1アンペア
が流れないといけません。

つまり、内部インピーダンスが高いと、負荷に流せる電流が減るわけです。

次に、この回路での、負荷抵抗にかかる電圧は、
0.05アンペア×10オーム=0.5ボルト
となり、本来の電源電圧が内部インピーダンスと負荷抵抗で分割されてしまって、負荷にかかる電圧が下がってしまいます。

このように電圧源の内部インピーダンスが高い場合、測定器などに流す電流部分で誤差が発生してしまい正確な測定が出来なくなります。

取り出すのが直流電流じゃなくて、電気信号の場合は、信号源インピーダンスともいいます。

マイクロホンなどなら内部インピーダンスはキロオーム程度、心電図や脳波などならメガオーム以上です。

このように、特に測定分野では内部インピーダンスは高いと非常に困るので、インピーダンス変換をしないとまともな測定が出来なくなります。

また、増幅回路でも、前段の増幅回路の出力インピーダンスに対して次の段の回路の入力インピーダンスが低すぎると、同じ事が起こり、電圧増幅度が下がってしまいます。

こういう場合、インピーダンス変換を行います。
そして、インピーダンスだけ変換して、増幅率が1、つまり入力電圧=出力電圧、の関係になる物をボルテージフォロアといいます。

・・・あ~。何か大作を書いた気分。(笑)

こんにちは。
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Q電気・電子回路のバッファについて

電気回路にバッファというものがありますが、これはどのような働きをしているのですか?(74LS~ とか) 安定化のためにあるようですが…
詳しく教えて頂けませんでしょうか。

Aベストアンサー

バッファー(Buffer)は日本語に直訳すれば緩衝増幅器になります。緩衝増幅器は電流(波形)の増幅、電圧(波形)の増幅や整形、出力インピーダンス変換(高出力インピーダンスを低インピーダンスや整合インピーダンスに変換)のために挿入されます。回路1の出力を回路2の入力に接続する時、回路2を接続した影響が回路2に及ばなくしたり、出力波形の整形や出力インピーダンスを変換します。
ディジタル回路では出力用のバッファーでは
1)出力電流増幅、2)出力インピーダンスを下げる、3)論理レベル(1や0に対応する電圧)の電圧レベル調整・波形整形、が目的で
1)と2)はファンアウト増やす機能です。出力のタイプはオープンコレクター(オープンドレイン)、3ステート、単にファンアウトが大きいものがあります。
入力用バッファーでは、1)雑音や論理レベルが明確でないデジタル信号の波形整形(論理1と論理0の明確な信号に再生)、2)後続の回路の負荷(ファンイン)を減らして前置回路への影響を少なくする。
といった目的で使われ、主に入力電圧振幅に対して出力電圧にヒステリシス特性を持つシュミット回路が採用されています。

バッファー(Buffer)は日本語に直訳すれば緩衝増幅器になります。緩衝増幅器は電流(波形)の増幅、電圧(波形)の増幅や整形、出力インピーダンス変換(高出力インピーダンスを低インピーダンスや整合インピーダンスに変換)のために挿入されます。回路1の出力を回路2の入力に接続する時、回路2を接続した影響が回路2に及ばなくしたり、出力波形の整形や出力インピーダンスを変換します。
ディジタル回路では出力用のバッファーでは
1)出力電流増幅、2)出力インピーダンスを下げる、3)論理レベル(1...続きを読む

QオペアンプのGB積

オペアンプの周波数特性にてGB積を求めたいのですが、求め方がよくわかりません。
GB積=電圧利得A(倍率)×周波数f(Hz)
で求めたのですが、それぞれがばらばらの値で、一定になりません。
色々調べるとGBは一定の値をとる。となっています。

良く分かりません。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

「×GEIN」→「○GAIN」でスペルミスです.寝ぼけていてゴメン.
お詫びに図で説明を;
図はオーディオ用のuPC4570の電圧利得対周波数特性です.
http://www.necel.com/nesdis/image/G10528JJ8V0DS00.pdf
赤線は電圧利得 Av=80dB(1万倍)のときで周波数 f≒1.3kHzとなり,GB積≒1.3*10^07.
青線は電圧利得 Av=40dB(100倍)のときで周波数 f≒120kHzとなり,GB積≒1.2*10^07.
黒線は電圧利得 Av=0dB(1倍)のときで周波数 f≒7MHzとなり,GB積≒7*10^06.
Av=0dBの周波数ゼロクロス周波数と呼び,データシートに記載があります.

とゆうように,適当な電圧利得を選び,そこから水平に線を引いて電圧利得対周波数特性との交点を求め,その時の周波数と電圧利得を掛ければGB積が算出できます.

Qリファレンス電圧

「リファレンス電圧」とは、なんですか?

分かる方がいましたら、ご教授お願いします。

AD変換と関係があるのでしょうか?

初心者ゆえ、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ANo.1さんとANo.2さんとほとんど同じなのですが、AD変換器とは何かという観点で説明します。

実は、AD変換器というのは電圧を直接測定しているのではありません(!?)。
じゃあ、なぜ電圧が分かるのかというと、電圧のわかっている信号と、測定信号のどちらが大きいか比較しているからです。この「電圧のわかっている信号」というのがリファンス(基準)電圧です。

ただ、単純に比較するだけだと、基準電圧より大きいか小さいかしか分からないので、実際のAD変換器は、この基準電圧のm/n倍の電圧を内部で作って、これと入力信号と比較することで、入力電圧を求めるということをやっています。たとえば、基準電圧がVという電圧のとき、これをm/n倍したのと、入力電圧が等しくなったとすると、入力電圧はV×m/nだったということが分かります。このmやnの値を計算しているのがAD変換器なのです。ただし、mやnの値をどの範囲まで計算できるかはAD変換器によって違っていて、nが大きいほど細かい電圧まで読める(分解能が高い)AD変換器ということになります。例えば16bit分解能のAD変換器はnの値が2^16=65536あって、V×mの数値をV×m/65536刻みの精度で読めるということになります。

このように、リファンス(基準)電圧は、電圧を計算する重要な「ものさし」なので、これををいじってしまうと、AD変換器は間違った答を出してしまいます。このため、この基準電圧は、電圧の値が絶対に正確であることはもちろん、温度が変わったり時間がたっても常に同じ電圧である必要があります。

実際のAD変換器では、回路の内部でこの基準電圧を作っています(温度変化が少なくなるように工夫されています)が、使い方によっては、もっと正確で安定な電圧を基準にしたい場合があります。そのようなときは、外部の準電圧を入れることができるAD変換器もあります。

世の中のAD変換器には、m/nを計算するやりかたの違ういろいろな方法がありますが、しかし基本原理は「基準電圧と入力電圧を比較している」ことです。そのものさしとなる基準電圧がリファレンス電圧ということです。

ANo.1さんとANo.2さんとほとんど同じなのですが、AD変換器とは何かという観点で説明します。

実は、AD変換器というのは電圧を直接測定しているのではありません(!?)。
じゃあ、なぜ電圧が分かるのかというと、電圧のわかっている信号と、測定信号のどちらが大きいか比較しているからです。この「電圧のわかっている信号」というのがリファンス(基準)電圧です。

ただ、単純に比較するだけだと、基準電圧より大きいか小さいかしか分からないので、実際のAD変換器は、この基準電圧のm/n倍の電圧を内部で...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。
負荷容量で位相が遅れるのが発振の原因ですから、位相が遅れない
ようにアンプの出力抵抗を下げるしかない訳です。

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
発振が止まるという方法ではありません。高周波で負荷が純粋な
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
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...続きを読む

Q電圧ホロワ

電圧ホロワについて教えてください。

入力電圧がそのまま出力電圧になるというのは習いました。
これにより入力電圧がそのまま出力側の負荷に掛けられること、
入力インピーダンスが極めて高く、出力インピーダンスが極めて低いことが利点らしいですが、
何故これが利点といえるのですか?

何故電圧ホロワを繋いでいないと入力電圧がそのまま出力側の負荷にかからないのでしょうか?
何故インピーダンスの差が利点といえるのでしょうか?

基本的なことですみませんがお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。
ちょっとお悩みですね。特に「入力・出力インピーダンス」の意味(影響)がわからないと理解しにくいところ。

最近、他の方のご質問に答えたものと同様ですが、次のような説明ではいかがでしょうか。
ポイントは、「入出力インピーダンスは、1Vを出力しようとして1Vとして受け取ってくれるかどうかの問題。直列に入った”出力妨害抵抗”と並列に入った”入力妨害抵抗”が邪魔をする」

・まず、出力装置。出力装置は電池です。
 理想的な出力装置を考えましょう。これは電池(発電機)の一種と考えることができ、「0.5Vを出力すべき」「1Vを出力すべき」とき、それぞれその電圧が確実に出力されるべきでしょう。
出力に100オームの負荷抵抗をつないだとき(電流がそれぞれ5mA、10mAの弱い電流)はもちろん、負荷抵抗が1オームのとき(電流はそれぞれ500mA、1Aの大量の消費電流)
でもでも負けず、出力端子には正確に0.5V、1Vが現れるべきです。
ところが現実には、出力回路内に妨害抵抗が生じます。これは、内蔵電池と出力端子との間に、例えば1オームが「直列に」入っている状態です。
このような出力端子に負荷抵抗をつないでみましょう。
電池が正確に0.5V(又は1V)を発生しており、出力端子の向こう側に100オームの負荷抵抗をつないであるなら、妨害抵抗によってわずかに電圧が低下し、
出力端子電圧は0.495V(又は0.99V)となって端子電圧としては誤差が発生し、さらに負荷抵抗が1オームになると、出力端子の電圧は0.25V(0.5V)で、大幅に不正確になってしまいますね。
「出力インピーダンス」とは、単純には「正確な電圧を発生させる電池と出力端子との間に直列に入っている妨害抵抗」ということができます。

・次に入力装置。テスター(電圧計)と考えましょう。
 理想的なアナログ電圧計を考えましょう。アナログ電圧計は、コイルに電流を流すと永久磁石との間で引力や反発力を生じて、ねじりバネをねじる強さとバランスさせることで所定の位置まで針を動かすことはご存知でしょう。
安物はコイルの巻き数が少ないので、大きく針を振るためにはたくさんの電流を流す必要がありますが、高価なもの(高感度)は、コイルの巻き数が多く、わずかな電流でも大きく振れます(感度が高い)。この延長で、理想的なアナログ電圧計とは、電流をまったく流さなくても針が大きく振れるものです。
このとき、理想的な電圧計と、安物の電圧計の違いは、「並列に入った妨害抵抗」と考えることができます。
理想的な電圧計はまったく電流が流れないのに、安物は大量に流れる。仮に1V表示するのに安物は1A流す必要があるとすると、抵抗値は1オームとなり、これは、理想的な電圧計に並列に1オームの抵抗を入れたのと同じになります。
 1Vを出力しようとする出力装置が理想的(直列の妨害抵抗が入っていない)なら、どちらの電圧計をつなごうが端子電圧は同じ1Vで、電圧計としても1Vを表示しますが、出力装置の中に1オームの妨害抵抗が直列に入っている場合(出力インピーダンス1オーム)、電圧計が理想的ならなら直列の妨害抵抗があっても電圧降下が生じないので1Vを表示しますが、安物の電圧計(又は等価的につくった、理想的な電圧計に1オームの並列妨害抵抗をつないだもの)では、大きな電圧降下が生じて出力(=入力)端子電圧は0.5Vとなってしまいます。

・・・ということで、「出力インピーダンス」とは「出力に直列の妨害抵抗」と考えれば理解しやすく、「入力インピーダンス」とは「入力に並列の妨害抵抗」であり、「出力インピーダンスは小さく、入力インピーダンスは大きい」ほうが望ましいということになります。
他方、もし、出力側か入力側かのどちらか一方が理想的(「直列の妨害が0オーム」か、「並列の妨害が無限大オーム」)ならば他方は理想的である必要はないので、ある2つの回路が接続されるに当たり、
前段の出力インピーダンスも理想的でなく、後段の入力インピーダンスも理想的でない場合、中間に、「入力も理想的で出力も理想的」な回路をひとつ入れてやれば、接続点は増えてしまうが、その前段との問題も後段との問題もいずれも解決する・・・というのが「ボルテージフォロワ」(ボルテージバッファ)の考え方です。

さてさて、長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。

こんにちは。
ちょっとお悩みですね。特に「入力・出力インピーダンス」の意味(影響)がわからないと理解しにくいところ。

最近、他の方のご質問に答えたものと同様ですが、次のような説明ではいかがでしょうか。
ポイントは、「入出力インピーダンスは、1Vを出力しようとして1Vとして受け取ってくれるかどうかの問題。直列に入った”出力妨害抵抗”と並列に入った”入力妨害抵抗”が邪魔をする」

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 理想的な出力装置を考えましょう。これは電池(発電機)の一種と考...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電圧フォロワとはどういうものですか?

電圧フォロワについて教えて下さい。

これはよくバッファとして用いられるというように説明されますが、具体的にどういうときに意味をもつものなのでしょうか?

抵抗を挟むフィードバック抵抗のところに何も挟まないときと何かしらの抵抗器をはさむ場合がありますが、これはどういう基準で決められているのでしょうか?

この2点調べても分からなかったのでよろしくお願い致します。

Aベストアンサー

問題1はすでに答えておられますので1例のみ
 高度なアクティブフィルターを設計した場合往々にしてその入力はインピーダンスゼロの信号源を仮定して設計されます。ここにもしファンクションゼネレーターなどのインピーダンス50Ωの発信器を接続すれば、せっかく高度な数値計算で導き出されたフィルターもこの50Ωのインピーダンスで性能はお釈迦になります。そこで、この間に出力インピーダンスが限りなくゼロに近い特徴を持つ電圧フォロワのアンプを入れることで解決します。

問題2
 たぶんOPアンプのプラス入力を入力端子として、マイナス入力をOPアンプの出力に接続した回路を想定して、このマイナス入力と出力を接続する部分に抵抗が入っている場合とない場合があることについてだと推察して、
プラス入力の直流抵抗分と同じ値をマイナス入力側にも持たせることで両入力のバイアス電流による影響を減少させる場合。
オーディオ用OPアンプNJM5532のように、破損防止に入力部に数KΩの抵抗を入れるような注意書きがある場合。
電源投入時とか、回路接続時などの過度期の保護が目的で入れる場合。
その他、不要な高周波の回り込みを防ぐ意味でフェライトコアと同等の作用を抵抗に託する場合もあります。

問題1はすでに答えておられますので1例のみ
 高度なアクティブフィルターを設計した場合往々にしてその入力はインピーダンスゼロの信号源を仮定して設計されます。ここにもしファンクションゼネレーターなどのインピーダンス50Ωの発信器を接続すれば、せっかく高度な数値計算で導き出されたフィルターもこの50Ωのインピーダンスで性能はお釈迦になります。そこで、この間に出力インピーダンスが限りなくゼロに近い特徴を持つ電圧フォロワのアンプを入れることで解決します。

問題2
 たぶんOPアン...続きを読む


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