実験で、参考書などに載っている一般的な反転増幅回路をバイポーラOP-AMPで組みました。
これに1kHz、10mV程のサイン波を入力したところ、この波形がOP-AMPに入力する前から歪んでいました。

非反転増幅回路で実験した場合は、この様な現象(入力波形の歪)は起こりませんでした。
反転増幅回路の場合、波形は、なぜ入力前(増幅前)から歪んでしまうのでしょうか?

どなたか、考えられる原因など教えてください。
単なる回路ミスだったりして!?

A 回答 (2件)

私も、出力がフルスイングになってしまっているのでは、と思います。



反転/非反転増幅回路には、次のような違いがあります。
一般的な反転増幅回路は、入力と出力が抵抗でつながっているので、出力が歪んでしまうと、それが入力に伝わってしまいます。
非反転増幅回路は、入力と出力がオペアンプで分離されているので、バッファ:緩衝器として使うこともできます。

どちらの増幅回路も、+/-入力の電位差が大きくならないように(イマジナリショートを保って)使うのが、ベストです。
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この回答へのお礼

アドバイスありがとうございます。
非反転/反転増幅回路の動作の違いを納得できました。
OP-AMPの中の詳細な動作内容は、分かりませんが、OP-AMPはこうゆう物だと理解したいと思います。
バッファですが、前段に後段の影響を与えないものだと思ってますが、周波数によっては影響が出てしまったりとこれまた不思議です。やはりOP-AMPの性能差があるんですね。ありがとうございました。

お礼日時:2001/05/24 01:39

入力10mVと言うことは,ゲインは60dB程度でしょうか?



●だとすると,G=-Rf/Rinの式で,Rf=100KΩとしてもRin=100Ω。
 この100Ωは反転回路の入力インピーダンスになりますので,
 前段はこの100Ωを駆動する必要があるわけです。大丈夫ですか?

●オペアンプの出力がクリップしていませんか?
 クリップしていない領域なら,反転端子はGNDとイマジナリーショートですから
 普通は何も電圧は出てきません。でも出力がクリップすると,このイマジナリーショート
 が崩れますから,ワーッと出るはずのない電圧が出てきます。
 この時,前段の出力インピーダンスがRinと同程度の値なら,Rinの前側にもこの電圧
 が現れます。

以上,確認済みでしたらゴメンナサイです。
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この回答へのお礼

アドバイスありがとうございます。。
組んだ回路は、Rin=1KΩ、Rf=1MΩの回路で、OP-AMPは3Vで駆動させていました。前段はもちろんRin(1KΩ)を介しております。
原因はir-ledさんの言うとおり、OP-AMPの出力波形が、ゲインが大き過ぎたため、クリップしておりました。この為、この影響を受けた入力波形までもが歪んでいた様です。今回はありがとうございました。

お礼日時:2001/05/23 02:50

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Q非反転増幅回路の増幅倍率について

書き込み初心者です。

今大学の研究でオペアンプを用いて増幅回路を設計製作しています。
設計を終了し製作に入ったのですが、ゲインの増幅倍率が理論に一致しません。どのようなことが考えられますでしょうか?

入力側に1.5kΩの抵抗を取り付けているのですが、基盤に取り付けると抵抗値が減ってしまいます。


私、機械科なもので電気についての知識が十分ではありません。説明不足な箇所が多数あると思います。申し訳ありません。

Aベストアンサー

>参考URL通りに配線を行ってもできませんでした。基板2枚つなげた段階から波形が乱れてきます。しかし、1枚だけ別途に接続すると3枚とも安定します。
不思議ですね。波形がおかしくなるのは特定の基板をつないだときでしょうか。基板をA、B、Cとしたとき、AとBをつなぐと波形が乱れ、AとCの組み合わせなら乱れないということはないですか?電源を2つ使えば正常動作しますし、もう提出日が迫っているので、電源を2つ使って実験してください。

>波形が取れないマイクがあり、その原因追求に追われてます
26日締め切りなのに大丈夫ですか?1週間足らずで論文を書き上げるなんて。論文は大部分できているのだと思いますが。では頑張ってください!

Q反転増幅回路の利得

下のURLの写真の反転増幅回路のゲイン(利得)を調べなければなりません。

http://photos.yahoo.co.jp/ph/star_keromiki21/vwp?.dir=/bffe&.dnm=456a.jpg&.src=ph&.view=t
(写真をクリックしたら拡大されます)

C1:0.033μF(フィルムコンデンサ)
C3:100μF_25V
C4:0.1μF(セラミックコンデンサ)
C5:0.1μF(セラミックコンデンサ)
C6:100μF_25V
C7:1000μF_25V
C8:1000μF_25V

R1:33KΩ
R2:33KΩ
R3:2.2KΩ
R4:100Ω
R5:100Ω
R6:2.2KΩ

なのですが・・・私の力では見当もつきません(情けない;)
皆様の知恵をお貸しください!

Q.この反転増幅回路のゲインはいくらか?

足りない情報等ありましたら、補足しますので、ご指摘よろしくお願いします。

Aベストアンサー

オペアンプやトランジスタの特性を理想的とした場合、Vin と Vout の関係は次のようになります(C1は影響しません)。
   Vout = -( R2/R1 )/{ 1 + j*( 2*π*f*C2*R2 ) }*Vin
   電圧利得 |G| = | Vout/Vin | = ( R2/R1 )/√{ 1 + ( 2*π*f*C2*R2 )^2 }
  位相(Vinに対するVoutの位相)φ[rad] = -π + arctan( 2*π*f*C2*R2 )
C2 の単位は [F]、R1 と R2 の単位は [Ω]、f は周波数 [Hz]、j は虚数です。

Vin が直流( f = 0 ) のとき
   Vout = -( R2/R1 )*Vin、|G| = R2/R1、φ = -π ( = -180度:反転)
なので、R1 = R2 = 33kΩ なら、info22 さんのおっしゃるように、利得は1、位相は-180度です(位相は抵抗比R2/R1には無関係)。

f = 1/( 2*π*C2*R2 ) のとき
   Vout = -( R2/R1 )*Vin/( 1 + j )、|G| = ( R2/R1 )/√2、φ = -π/2 (-90度 )
になります。この周波数がカットオフ周波数 fc [Hz] です。これより高い周波数では周波数に反比例して利得が低下していきます。

C2 = 1/( 2*π*fc*R2 ) なので、R2 = 33kΩ のとき fc = 100 Hz とするには C2 = 4.82E-8 F = 0.048 μF とします。

使用するオペアンプやトランジスタの型番が分かれば、こちらに回路シミュレータがあるので全体の周波数特性を見てみましょうか?
オペアンプ後段のバッファ回路は、Vin = 0V 付近に不感帯が少しあり、熱暴走対策もされておらず、モータの逆起電力に対するトランジスタ保護もなされていません。もし、実際に使う回路であれば、もう少し工夫したほうが良いと思います。

オペアンプやトランジスタの特性を理想的とした場合、Vin と Vout の関係は次のようになります(C1は影響しません)。
   Vout = -( R2/R1 )/{ 1 + j*( 2*π*f*C2*R2 ) }*Vin
   電圧利得 |G| = | Vout/Vin | = ( R2/R1 )/√{ 1 + ( 2*π*f*C2*R2 )^2 }
  位相(Vinに対するVoutの位相)φ[rad] = -π + arctan( 2*π*f*C2*R2 )
C2 の単位は [F]、R1 と R2 の単位は [Ω]、f は周波数 [Hz]、j は虚数です。

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Qオペアンプ(反転増幅回路)について

初級者の質問ですので悪しからず。
演算増幅回路の基本的な回路で良く目にしますが、
オペアンプの記号の-側にあるRiと帰還回路にあるRfについて教えて下さい。
(1)RiとRfは一般的に何と呼べば良いのでしょうか?
(2)この値が何Ωが適切かというのを一般論で片付けられるものでしょうか?
また、+側にオフセットを打ち消す為の抵抗Rを+側~接地間に取付けたとして
(3)Rはどのような値にすべきなのでしょうか?
ちなみに抵抗はRi、Rf、Rの3種類しか用いません。(図で説明出来ないので)
こういう漠然と理解しにくい問題を出題されたので
出題者の真意が全く理解出来ずに参っています。
僕は分からないなりに問題ミスもあるような気がしてますし・・・。
どちらにせよ誤解を招くような出題をすること自体が浅はかと言うか・・(愚痴)
いや、出題者の意図をも推測して解かなければならない難問なのかな?笑

出来れば分かり易く説明していただけませんでしょうか?お願いします。

Aベストアンサー

質問内容から「反転増幅器」の構成としてお答えします。

Ei=増幅器の入力電圧
E0=増幅器の出力電圧
Zi=増幅器の入力インピーダンス(構成が全て抵抗なら「入力抵抗」と考えて可)
このとき、
G(ゲイン)=Eo/Ei=-Rf/Ri、Zi=Ri となります*。

さて、質問(1)ですが、
一般にRiは「入力抵抗」、Rfは「帰還抵抗」でいいと思います。

(2)の+端子、グランド間に接続する抵抗Rについては、極端にオフセット電流の大きなオペアンプ
でない限りは、オフセットによって決めるよりもアンプとしての入力インピーダンス(抵抗)をいくつ
にするか、によって決ると考えてください。
すなわち、この構成の増幅器の場合入力インピーダンス(抵抗)は、ほぼZi=Riになり、

(3)このRの値は、
R=Ri//Rf=Ri・Rf/(Ri+Rf) ;RiとRfのパラ接続抵抗値にしますが、もしRf>>Riなら、R=Riにします。

*この構成では、+側の”交流電位”はゼロ[V]ですから、-端子の”交流電位”もゼロ[V]になります。
したがって入力端から見た入力インピーダンス(抵抗)は、Riになるわけです。

図がないので解りにくいかも知れませんが、この内容を図に書いてみれば解りやすいと思いますので
やってみてください。

★この回答に疑問がある、間違いだという向きがあるかもしれませんが、その際は遠慮なく別回答を
お寄せください。

質問内容から「反転増幅器」の構成としてお答えします。

Ei=増幅器の入力電圧
E0=増幅器の出力電圧
Zi=増幅器の入力インピーダンス(構成が全て抵抗なら「入力抵抗」と考えて可)
このとき、
G(ゲイン)=Eo/Ei=-Rf/Ri、Zi=Ri となります*。

さて、質問(1)ですが、
一般にRiは「入力抵抗」、Rfは「帰還抵抗」でいいと思います。

(2)の+端子、グランド間に接続する抵抗Rについては、極端にオフセット電流の大きなオペアンプ
でない限りは、オフセットによって決めるよりもアンプとし...続きを読む

Q実際の非反転増幅器の入力インピーダンスの導出過程を教えてください

今まで理想opアンプを勉強してきたので入力インピーダンス=無限で考えてきたのですが、実際のopアンプを使用した非反転増幅器の入力インピーダンスはどうやって導出すれば良いのでしょうか?
資料には、

非反転増幅回路の入力インピーダンス=Zin*(1+R1*Av/(R1+R2))
Zin:opアンプの入力インピーダンス
Av:opアンプの電圧利得
R1:入力抵抗
R2:フィードバック抵抗

とだけ書いてあり、導出過程は省略されています。
分かる方がいましたら教えていただけませんか?

Aベストアンサー

正しい答えは
   入力インピーダンス = R1//R2 + Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) } --- (a)
になります。R1//R2 というのは、R1 と R2 の合成並列抵抗で R1*R2/( R1 + R2 ) の意味です。anachrockt さんのコメントの通り、「正確にはR1とR2の並列抵抗分が足され」ます。しかし、普通は
   R1//R2 << Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) }
なので、isthisapenさんの式
   入力インピーダンス ≒ Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) }
で近似できます。式(a)の計算方法は以下の通りです。

下図のように、反転入力端子(-)と非反転入力端子(+)間の入力インピーダンス(差動インピーダンス)を Zin とします。

  i1 →  ┃  \
Vin ───╂┐(+) \
       ┃Zin     >─┬─ Vout
  V1 →┌╂┘(-) /   │
   i1↓│┃    /    │
      ├─── R2 ──-┘
      │    ← i2
     R1
      │ ↓ i1 + i2
GND ─-┴──────────

非反転入力端子(+)の電圧を Vin、反転入力端子(-)の電圧を V1、出力電圧を Vout とし、電流を上図のように定めると、各素子に流れる電流は
   Zinに流れる電流   i1 = ( Vin - V1 )/Zin --- (1)
   R2に流れる電流   i2 = ( Vout - V1 )/R2 --- (2)
   R1に流れる電流   i1 + i2 = V1/R1 --- (3)
一方、オペアンプの出力は、入力端子間の電圧を Av 倍したものなので
   出力電圧       Vout = Av*( Vin - V1 ) --- (4)
となります。式(1)~(4)を i1 について解くと(手計算は結構大変です)、
   i1 = ( R1 + R2 )*Vin/[ R1*R2 + Zin*{ ( 1 + Av )*R1 + R2 } ]
したがって、Vin からオペアンプ内部を見たときのインピーダンスは
   入力インピーダンス = Vin/i1
               = [ R1*R2 + Zin*{ ( 1 + Av )*R1 + R2 } ]/( R1 + R2 )
               = R1*R2/( R1 + R2 ) + Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) }
               = R1//R2 + Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) } --- (a)
となります。

正しい答えは
   入力インピーダンス = R1//R2 + Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) } --- (a)
になります。R1//R2 というのは、R1 と R2 の合成並列抵抗で R1*R2/( R1 + R2 ) の意味です。anachrockt さんのコメントの通り、「正確にはR1とR2の並列抵抗分が足され」ます。しかし、普通は
   R1//R2 << Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) }
なので、isthisapenさんの式
   入力インピーダンス ≒ Zin*{ 1 + R1*Av/( R1 + R2 ) }
で近似できます。式(a)の計算方法は以下の通りです。

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入力側及び出力側の低域遮断周波数をそれぞれ等価回路よりもとめ、実験結果より求めた値と比較せよという問題があるのですが、これがよくわかりません。それぞれ計算した値は、入力側fcl1=90Hz,出力側fcl2=160Hz,実験結果fcl=130Hzとなりました。考察にはどのようなことを書けばいいのでしょうか?

Aベストアンサー

まず、最初に、計算した値が二つあるのに対して、測定した値はfclのひとつのようですね。
ではfclとはどういう値なのか(入力側のfcl1?出力側のfcl2?どちらでもないとすると、どんな値?)を考える必要があるでしょう。
その上で、実測した値と計算値の関係(両者にどれくらいの差があって、どういう理由からその差が発生しているのか、その差は妥当なものかどうか)あたりを検討することになるかと思います。


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