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2電源(±15V)オペアンプの反転増幅回路にてマイナス電源が何らかの理由により0Vになるとどのような不具合が発生しますか?また、非反転増幅回路の場合も含めて教えて下さい。

A 回答 (3件)

ANo.1 です。

補足回答します。
『マイナス電源が何らかの理由により0V』←GND電位に接続された状態になりますので、+15Vと0Vでの片側電源で動作している状態で、マイナス電源側はオープン状態にはなりません。
余談ですが、サブストレートはマイナス電源端子に接続されていますので、もしマイナス電源端子がオープンになれば、+15V側に引き寄せられ出力は+15V出力になります。
(マイナス電源がオープンの状態は、OP-AMP回路として成り立ちませんので、製造等の作業ミスの状態で論外で、マイナス電源の故障での条件設定です。)

>以上の事から、反転増幅回路が2段以上経由すると
>正電圧→1段目反転入力(-)→出力なし→2段目反転入力(-)→出力なし
>負電圧→1段目反転入力(-)→正電圧→2段目反転入力(-)→出力なし
>という具合になるのでしょうか?
その通りです。
現実の動作では、帰還抵抗値の値が低いと、入力信号が減衰してかすかに観測される場合があります。

非反転増幅では、入力・帰還抵抗が何らかの抵抗がある場合で、もし信号源インピーダンスが極端に低く「+」入力端子に直接接続されていると、「-]信号が印加されればラッチアップしてOP-AMPが破壊されるのは当然です。
これも余談ですが、入力抵抗が無い状態で印加できる信号は、2電源の電源電圧以内か、電源電圧±0.6V程度が部品のデータシートの絶対最大定格で規定されています。
 
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この回答へのお礼

大変分かりやすい回答を有難うございます。
会社の制御ロジック不具合事例(かなり昔の)を読んでいて、オペアンプ電源である-15Vの一時的な瞬断により出力信号が出力されなくなったため、誤動作をした・・・という見解がありまして、なぜ出力信号が出力されなくなるのか疑問に思っていました。
これで、疑問を払拭することができました。まだまだ、修行が足りません・・・今後も宜しくお願い致します。

お礼日時:2011/02/02 20:57

この本の第3章によると


http://www.amazon.co.jp/dp/4789837483
マイナス電源が印加されない(つまりオープン)と、プラスの電源電流が増加するそうです。
この場合は、0Vなんでそうゆうことはないかもしれませんね。
なぜこんなことになるかと言えば、汎用のOPアンプはNPNバイポーラ・プロセスで作られていて、サブストレートはマイナス電源端子にせつぞくされているから、サブストレートの電位が確定しないと、どうなるかわからないからですね。

上記の本の第5章に入力電圧と電源電圧の関係が載ってます。
4558や072等のOPアンプでは、入力電圧がマイナス電源端子(この場合は0V)に近づくと、位相反転の現象が起きるそうです。
クリップして0V近傍になるはずの出力が、プラス電源近傍に張り付くのが写真付きで説明されています。

非反転増幅で信号源インピーダンスが低い(ほとんど0Ω)と、それだけではなくIC内部の寄生素子(大概PNPNのサイリスタ構造)がトリガされ、ラッチアップして破壊に至ることがあります。
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この回答へのお礼

なるほど、位相反転現象が起きるんですね
参考書の紹介までされていて、丁寧な説明を有難うございます。
一度、この参考書を手に取って勉強したいと思います。

お礼日時:2011/02/02 20:48

>・・・・マイナス電源が何らかの理由により0Vになるとどのような不具合が発生しますか?また、非反転増幅回路の場合も含めて教えて下さい。


各増幅段毎に、波形処理している「-」側の波形が、0V~+2V程度の範囲でクリップして「+」側はそのまま出力されます。
よって、反転増幅回路が2段以上経由すると信号出力が出力されなくなります。

非反転増幅回路の場合も同様に、「-」側の波形が、0V~+2V程度の範囲でクリップとなります。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

反転増幅回路のマイナス電源が0Vになると、反転入力(-)に正電圧が印加されると、出力は0Vに、負電圧が印加されると、出力は反転して正電圧になる、と解釈すれば良いのでしょか?

以上の事から、反転増幅回路が2段以上経由すると

正電圧→1段目反転入力(-)→出力なし→2段目反転入力(-)→出力なし

負電圧→1段目反転入力(-)→正電圧→2段目反転入力(-)→出力なし

という具合になるのでしょうか?

補足日時:2011/02/01 19:20
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(1)はオペアンプの出力電流が大きすぎたり、オペアンプが異常発振している場合になります。
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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
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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

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アンプを適切に修理できるためには、少なくとも簡単なアンプの回路であればご自身で設計する程度のスキルは最低限でも必要になります。例えばその故障箇所が、ボリウム、セレクタ、リレー等の単純な機械接触不良のような故障であれば修理できるケースもあります。しかし半導体が故障して大きなDCオフセットが生じるようなケースでは、修理に危険も伴いますし、最低限でも回路を推定するくらいのスキルは必要になります。

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だから一切手を出すなというのではなく、性急に修理結果だけを求めるだけでなく、回路を勉強するための書籍等はいくらでもあるわけですから、それらを勉強してから修理に臨んでも遅くないし、のちのち役立つと思います。

余談になりますが、過去の松下やヤマハはその回路よりもずっと複雑な歪み打ち消し回路等を含む膨大な石数で構成される魔窟のごとき複雑回路を組んでいました。単純なDCアンプの回路も推定/修理できないのであれば、むろんこれらには歯が立ちません。(もちろん私もそんなのを修理するのはマッピラゴメンです)

No.4ですが、さらに補足します。

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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。
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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

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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トランジスタの破壊の原理について教えてください

トランジスタの破壊について教えてください。
例えばVBEO=5Vとした場合にエミッタ-ベース間に5V以上の逆電圧がかかった場合に
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対策としてベースに逆流防止のためダイオードを入れた場合には(微笑しか)電流は流れないので、
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Aベストアンサー

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スイッチング用トランジスターはエミッタ-ベース間逆耐圧が高いのでパルス動作には良く使われます
と言うよりパルス回路では逆電圧が掛ける事が多いので初めから高く作られているのです

Q遮断周波数のゲインがなぜ-3dBとなるのか?

私が知っている遮断周波数の知識は・・・
遮断周波数とはシステム応答の限界であり、それを超えると減衰する。
<遮断周波数の定義>
出力電力が入力電力の1/2となる周波数を指す。
電力は電圧の2乗に比例するので
Vout / Vin = 1 / √2
となるので
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となる。

ここで、なぜ出力電力が入力電力の1/2(Vout / Vin = 1 / √2)
となるのでしょうか?
定義として見るにしてもなぜこう定義するのか
ご存じの方いらっしゃいましたら教えて下さい。

Aベストアンサー

>ここで、なぜ出力電力が入力電力の1/2(Vout / Vin = 1 / √2)
>となるのでしょうか?
>定義として見るにしてもなぜこう定義するのか

端的に言えば、
"通過するエネルギー"<"遮断されるエネルギー"
"通過するエネルギー">"遮断されるエネルギー"
が、変わる境目だからです。

>遮断周波数とはシステム応答の限界であり、それを超えると減衰する。
これは、少々誤解を招く表現です。
減衰自体は"遮断周波数"に至る前から始まります。(-3dBに至る前に、-2dBとか、-1dBになる周波数があります)

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


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