出産前後の痔にはご注意!

お世話になります。添付回路に関してご回答お願いします。
電流を検出抵抗(R5)で電圧に変換して、オペアンプにて増幅する回路です。
この回路でオペアンプの出力電圧をADCで検出して電流計測を行う場合、オペアンプ特性、抵抗バラツを考慮すると計測電流値にはどの程度のバラツキがでますでしょうか?

抵抗のバラツキ、オペアンプのオフセット電圧のほか、入力バイアス電流、オフセット電流は影響してきますでしょうか?

「差動増幅回路の出力電圧オフセットについて」の質問画像

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A 回答 (3件)

オペアンプのオープンループ利得が無限大ならば、出力電圧Voutは添付図の式になります。

電流-電圧変換の出力電圧は、電流を I として
Vout = A*I + B
で表されます。Aの誤差が利得誤差、Bがオフセット誤差になります。

この場合、A = -R2*R5/R1 なので、抵抗の誤差が±0.5%のとき、Aの誤差は±1.5%になります(A が最大となるのはR2とR5が0.5%大きくR1が0.5%小さい場合で、Aが最小となるのはR2とR5が0.5%小さくR1が0.5%大きい場合)。R1=100kΩ±0.5%、R2=2MΩ±0.5%、R5=0.47Ω±0.5%なら、A=9.27~9.54 V/A になります(誤差がない場合はA=9.4)。

この回路でのオフセット誤差は、オペアンプの入力オフセット電圧Vosによる誤差と、入力バイアス電流(ib1, ib2)による誤差の和になります。Vosが最大800μVなら、入力オフセット電圧による誤差は 800μV*2MΩ/100kΩ=0.016V = 16mV(最大) になります。なお、Vosは一般に±どちらの値になるかは一定していないので、Vosによる誤差は-16mVから+16mVの範囲になります。

入力バイアス電流による誤差は、R1とR2の並列抵抗とR3とR4の並列抵抗とが等しくなるようにしておけば(この回路ではそのようななっています)、ib1 = ib2 のときはキャンセルされます。しかし実際にはオフセット電流(ib1-ib2)は0ではなく、この場合、ib1-ib2の最大値は±0.9μAなので、入力バイアス電流による誤差は 2MΩ*±0.9μA=±1.8Vと極めて大きくなります。

帰還抵抗がMΩの回路にバイアス電流が数μAのオペアンプを使うのは好ましくありません(オフセット電流も大きいのでバイアス電流をキャンセルしきれない)。バイアス電流が数μAのオペアンプというのは、非常に高い周波数まで動作するオペアンプに多いのですが、高速動作の必要がなければ(電源電流の監視などではその必要はないと思います)、FET入力のオペアンプやCMOSオペアンプを使ったほうがいいです。FET入力のオペアンプやCMOSオペアンプの入力バイアス電流は数pA程度なので、入力バイアス電流による誤差は 2MΩ*±数pA=±数十μV と非常に小さくなります。FET入力のオペアンプやCMOSオペアンプでも最近はVosが最大で数十μV程度のものがあるので、入力オフセット電圧による誤差も上より小さくできます。

なお、差動増幅回路ではコモン電圧に注意する必要があります(オペアンプの入力電圧が電源電圧に近くなると動作しなくなるので)が、この回路では、I=0~500mAのとき、R5の電圧は0~0.24V程度なので問題ありません。出力電圧も-2.2V~0Vの範囲なので問題ないと思います。この回路はI=500mAのとき、出力電圧は-2.2Vと、マイナス電圧になりますが、これはいいのですね?R5に流す電流の向きを逆にすれば(R5の上側をGNDにして、下側から電流を流す)出力は正電圧になります。
「差動増幅回路の出力電圧オフセットについて」の回答画像2
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この回答へのお礼

ご回答有難うございます。

なんとか本件理解できるまでに至りました。
オペアンプ、抵抗値、精度等を再度検討します。

※オペアンプの正負逆でした。すみません(・・;)

お礼日時:2012/09/20 10:35

特別の理由が無い限り2MΩの様な大きな値の抵抗を使うべきでは有りません。


基板にホコリが付いて、そこに湿気が加わると端子間の抵抗が数MΩに低下する事は珍しくありません。ICの端子間距離は小さいので影響は大きいです。
2MΩの抵抗に並列に数MΩの抵抗が並列接続されるのですからオフセット云々の話では済まなくなります。
どうしても使いたい場合には、部品をマウントした後に基板を良く洗浄し、その後に防湿処理をする必要が有ります。

図の回路では信号源抵抗が0.47Ωですから、R1、R3の値は数kΩでも問題ありません。
その分R2の抵抗値を下げる事が出来ます。

今では、オフセット電圧の小さなオペアンプが入手できるのですから、オフセットが心配ならば心配しなくて済むようなオペアンプを使えば良いのです。
オフセットが大きいオペアンプはオフセットの温度変化も大きいのが普通です。
オフセットのゼロ調整をして使うのは昔の話です。

抵抗のバラつきが心配ならばバラつきの少ない抵抗を使えば良いのです。
0.01%の抵抗が普通に買えます。
もちろん高価ですよ。普通の抵抗が一個10~20銭の時、0.01%の抵抗は10~20円です。
特別に精度の良いものになれば1000円を超えます。

要するに必要な精度とコストの兼ね合いで回路定数が決まるのです。

入力端子につながる抵抗には入力バイアス電流が流れるのでその分の電圧が発生します。
抵抗にバラつきがあれば、その分入力電圧に差が生じてオフセット電圧が発生します。
オフセット電流があれば抵抗に発生する電圧に差が生じてオフセット電圧が発生します。

図の回路では-入力端子のバイアス電流の内約20%がR2の抵抗に流れます。
その分R1に流れる電流が減る為、入力にオフセット電圧が発生します。
この問題は、R3に並列にR2と同じ値の抵抗を並列接続する事で防ぐ事が出来ます。

今では、このような用途のために「電流検出アンプ」が発売されています。
これを使うのがもっと良い解決策です。
http://www.analog.com/jp/specialty-amplifiers/cu …
http://japan.maximintegrated.com/products/amp_co …
http://www.tij.co.jp/paramsearch/jp/docs/paramet …
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この回答へのお礼

ご回答有難うございます。

なんとか本件理解できるまでに至りました。
ご提案頂き有難うございました。
コスト面も含め再検討します。

※オペアンプの正負逆でした。すみません(・・;)

お礼日時:2012/09/20 10:36

> この回路でオペアンプの出力電圧をADCで検出して電流計測を行う場合、


> オペアンプ特性、抵抗バラツを考慮すると計測電流値にはどの程度のバラツキがでますでしょうか?
適当なオペアンプの本を見れば、計算の仕方が書いてあるから簡単に計算できますよ。
例えば、この本とか。
http://www.amazon.co.jp/dp/4789842061

>抵抗のバラツキ、オペアンプのオフセット電圧のほか、入力バイアス電流、オフセット電流は影響してきますでしょうか
入力バイアス電流の影響は受けない回路になってますよ。<オペアンプの本参照
それに抵抗が高すぎて、多分CMOSオペアンプを使うはずだから、オフセット電流も小さすぎて影響しないでしょう。

この回路の問題点は、ADCの入力電圧範囲が±5Vならいいんですが、+5Vだとオペアンプの電源±5Vと合わないから、何らかの保護を入れておかないと電源投入・遮断時や、サージが入ったときにADCが飛ぶ可能性があることです。
抵抗のバラツキ、オペアンプのオフセット電圧、オフセット電流、±5V電源に対する保護等わけのわからんことをごちゃごちゃ考えるんだったら、こういった専用ICを使うのが簡単です。
http://www.analog.com/jp/specialty-amplifiers/cu …
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この回答へのお礼

早々のご回答有難うございます。

勉強不足で申し訳ないです。
なんとか本件理解できるまでに至りました。

専用ICのご提案有難うございます。

※オペアンプの正負逆でした。すみません(・・;)

お礼日時:2012/09/18 01:07

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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

Qオペアンプのオフセット調節回路について。

オペアンプを二段で非反転増幅を行い、二段目のオペアンプでオフセット調節を行いたいと思っています。オフセット調節ピンがないので電源を半固定抵抗で分圧して負入力の方につなげて調節しようと思っています。
ここで質問したいことは、この半固定抵抗の大きさによって利得などが変わってしまわないかということです。教えてください?

Aベストアンサー

ここの「図2 非反転アンプ回路のオフセット電圧調整方法」が参考になるでしょう.
http://www.adm.co.jp/download/mtb_4.pdf
R4=1600×R3
ですから,ポットのポジションに依らず,R3に与える誤差は0.0625%以下です.
従って,ゲインに与える誤差は,0.0052%ですから,抵抗誤差に比べ無視できるほど小さくなります.

Qボルテージフォロワの役割がよく分かりません。

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?

Aベストアンサー

#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。

#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...続きを読む

QOPアンプのオフセット調整

OPアンプのオフセット調整

オフセット調整について勉強してます。

1.オフセット電流について
オフセットが発生する理由は内部の不平衡によるもので、表現方法としては入力換算で表すようです。ただ、文献によっては「本来は入力だけの端子から電流が流れ出す」ことがオフセット電流と呼ばれているということでした。表現方法としての入力換算に過ぎないのか、それとも実際に入力端子に電流が流れていてそれがオフセットになっているのかどちらですか?

2.オフセット電圧の測定について
「定本OPアンプ回路設計」では測定回路は記載されてます。ソースはモトローラ社の技術資料のようですが。この回路でどうして測定が出来るのかがわかりません。測定原理を教えてください。

3.オフセットの原理、調整法について勉強のためのURL等があれば教えて下さい。

Aベストアンサー

1.オフセット電流について
バイアス電流は、実際に入力端子に流れる電流のことです。微小電流を測定できる電流計があれば直接測定できます。オペアンプの2つの入力端子のバイアス電流の差をオフセット電流といいます。入力換算が使われるのは入力オフセット電圧のほうだと思います。オペアンプで増幅回路を構成したとき、入力オフセット電圧も増幅されて出力に出てくるので、入力換算(出力/利得)という言い方があるのだと思いますが、これも反転入力端子と非反転入力端子間の電圧差をテスターで直接測定できます。

2.オフセット電圧の測定について
>この回路でどうして測定が出来るのかがわかりません
41ページですね。添付図に式の導き方を書きました。
オペアンプの反転端子(-)についている電池記号は 入力オフセット電圧 Vos です。空色のオペアンプ記号は、入力オフセット電圧がゼロですが、入力バイアス電流はゼロでないとします。反転入力端子のバイアス電流を Ib、非反転入力端子のバイアス電流を Ib - Ios とします。Ios がバイアス電流のオフセット電流になります(Iosは、反転入力バイアス電流 - 非反転入力バイアス電流 と定義します)。

まず、2つのスイッチがOFFである場合を考えると、図の右上にあるような6個の関係式を導くことができます。これをV3(オペアンプの出力電圧)について解いて、A0(オペアンプの開ループ利得)が非常に大きいとすれば、V3 は式(1)のように近似できます。このときの V3 を、「定本OPアンプ回路設計」の定義に従って E1 とおきます。次にスイッチがONのときの V3 を E2 とすれば、E2 は式(1) で R3 = 0 としたときの V3 ですから、E2 は式(2)のようになります。この式(2)を Vos について解くと式(3)のようになります。これを式(1)に代入して Ios について解くと式(4)のようになります。式(4)は「定本OPアンプ回路設計」に出ている式と同じです。本に出ている式には絶対値の記号(| |)がついていますが、添付図の計算方法では、Ios の符号を定義していいるので絶対値はつきません。つまり、E2 > E1 なら、Ios > 0 、つまり反転入力のバイアス電流 >非反転入力バイアス電流 となります(ただし Ib の符号が-なら、電流の大きさは 反転<非反転 になります)。

一方、「定本OPアンプ回路設計」では、Vos = E1/(R2/R1) となっていますが、これは以下のように近似したものと思われます。
  (A) 式(3)の第2項と第3項が第1項より十分小さいとして Vos = E2/( 1 + R2/R1 ) - R1*Ib/( 1 + R2/R1 ) + R1*Ios ≒ E2/( 1 + R2/R1 ) と近似した
  (B) さらに、R2/R1 が 1 より十分大きいとして E2/( 1 + R2/R1 )≒ E2/( R2/R1 ) と近似した
しかし、(A) の近似は少し乱暴だと思います。

同じ回路を用いて、もっと正確に求める方法があります(Vos と Ios だけでなく、Ib も計算できます)。これは2つのスイッチを両方ON/OFFするだけでなく、図の下側のスイッチだけONにしたときの V3 も測定する方法です。このときの V3 を E3 とすれば
   Ios = ( E2 - E1 )/{ R3*( 1 + R2/R1 ) }
   Ib = ( E3 - E1 )/{ R3*( 1 + R2/R1 ) }
   Vos = { ( R1 + R2 + R3 + R2*R3/R1 )*E2 - R1*E3 - R2*E1 }/{ R3*( 1 + R2/R1 )^2 }
となります。これは A0 >> 1 以外の近似は入っていません。

3.オフセットの原理、調整法について勉強のためのURL等
調整法は「定本OPアンプ回路設計」の53ページから67ページに出ています。この書籍(http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/36/36101.htm)の163ページから212ページに、オペアンプの基本特性の測定法が出ています。オフセット電圧の原因については、入力部分の差動アンプのトランジスタ特性ばらつき(ミスマッチ)が直接の要因です。これはデバイス物理を勉強しないと理解できませんが、この書籍(http://www.amazon.co.jp/dp/4563067245)の201ページから212ページが参考になるかもしれません。

1.オフセット電流について
バイアス電流は、実際に入力端子に流れる電流のことです。微小電流を測定できる電流計があれば直接測定できます。オペアンプの2つの入力端子のバイアス電流の差をオフセット電流といいます。入力換算が使われるのは入力オフセット電圧のほうだと思います。オペアンプで増幅回路を構成したとき、入力オフセット電圧も増幅されて出力に出てくるので、入力換算(出力/利得)という言い方があるのだと思いますが、これも反転入力端子と非反転入力端子間の電圧差をテスターで直接測定でき...続きを読む

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閉ループゲイン 開ループゲイン

オペアンプの閉ループゲイン、開ループゲインとはそもそも何なのでしょうか?
根本的なとこがわかりません。
どなたかよろしくお願いします。

Aベストアンサー

[図6.1-41]を見てください。
これが開(オープン)ループゲインです。(青色)
(フィードバックをかけていないときの利得ー周波数特性)
http://my1.interlink.or.jp/~md0858/series4/densi0613.html

70Hzくらいまでは100dBの利得がありますが、より高い周波数では-6dB/oct(=-20dB/decade)でどんどん下がっていき、7MHzくらいで0dBとなります。
(最大利得と周波数特性はオペアンプの種類によって異なるが、この”傾向”はすべてのオペアンプについて言える)

[図6.1-43]を見てください。
例えば80dB(60dB)のフィドバックをかけたとすると、利得は20dB(40dB)になりますが、利得一定の周波数幅がうんと広くなることにお気づきでしょうか?
これが閉ループゲインです。

一般に、オペアンプの開ループゲインは100dB以上ありますが、これを開ループで使うことは滅多にありません。
周波数特性が問題にならないコンパレータのときくらいのものです。

参考URL:http://my1.interlink.or.jp/~md0858/series4/densi0613.html

[図6.1-41]を見てください。
これが開(オープン)ループゲインです。(青色)
(フィードバックをかけていないときの利得ー周波数特性)
http://my1.interlink.or.jp/~md0858/series4/densi0613.html

70Hzくらいまでは100dBの利得がありますが、より高い周波数では-6dB/oct(=-20dB/decade)でどんどん下がっていき、7MHzくらいで0dBとなります。
(最大利得と周波数特性はオペアンプの種類によって異なるが、この”傾向”はすべてのオペアンプについて言える)

[図6.1-43]を見てください。
例えば80dB(60...続きを読む

QCMRR(同相弁別比)

電子工学の勉強をしているのですが

差動増幅器の差動入力電圧 1mV のとき
出力電圧 100mV

同相入力電圧 1V のとき
出力電圧 10mV

この差動増幅器のCMRRを求めるとき

CMRR=20log(逆相信号の増幅度/同相信号の増幅度)

※逆(同)送信号の増幅度=逆(同)相出力電圧/逆(同)相入力電圧


だと思うんですけど、

逆相出力と入力の電圧とはどのように求めればいいのでしょう?

初歩的な質問だと思いますが、まだ勉強したてでよく理解できません。

詳しい方教えてください。
お願いします。


ちなみに答えは 80dB です。

Aベストアンサー

「逆相出力と入力の電圧とはどのように」
これは設題文の中にそのまんま書いてありますが????
これからすると逆相信号の増幅度は100、同相信号の増幅度は100分の1ですね。

Qダイオードの温度特性について

ダイオードは温度が高くなると、順方向電圧Vdが小さくなる特性を持ち、その傾きは-2mV/℃といわれています。

トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
下記の値を入れて計算すると絶対温度Tが上昇するとVdも上昇する式になってしまいます。
どうしてでしょうか?

Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
  = 1.785e-3*T

K:ボルツマン定数=1.38e-23[J/K]
q:電子の電荷:=1.602e-19[c]
Id:順方向電流=1e-3[A]
Is:飽和電流=1e-14[A]
T:絶対温度

Aベストアンサー

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流です。 Egはシリコンのバンドギャップエネルギ、kTは温度Tの熱エネルギです。 Is の成分の詳細説明は専門書にゆずるとして、大局的には
  Is = A・exp(-Eg/kT) …(2)
と書けます。
係数 A は今は定数とします。(2)を(1)に入れると、
  I = A・exp(-Eg/kT)・exp(qV/kT) …(3)
両辺をAで割って 両辺を対数取って V=の形にすると、
  V = (1/q){ kT・ln(I/A)+Eg } …(4)
あなたが載せたVdの式より 少し詳しく求まりました。


 さて、
温度係数の定義は 『Tだけが変化する』 です。そのとき I は(何らかの手段で)一定に保たれてるとします。すると(4)式はT以外すべて定数となるので単純に微分できて、
  ∂V/∂T = (1/q)k・ln(I/A) …(5)
これが疑問への答です。これに(3)式を入れると、
  ∂V/∂T = (1/T){ V-Eg/q } …(6)
温度とバンドギャップと電子電荷だけの式になりました。Eg/q は次元が電圧で、バンドギャップ電圧と呼ばれたりします、その値はシリコンで約 1.11[V] です、この機会に暗記しましょう。(6)式を言葉で書くと

  温度係数=(順電圧-1.11 )÷温度 …(7)
  温度300k,順電圧 0.65V のとき、-1.5 mV/K ほど。
  温度300k,順電圧 0.51V のとき、-2 mV/K ほど。

変動は、電流が小さいほど(=順電圧が小さいほど)□□く、高温ほど□□いんですね。このように 使用温度、使用電流、品種、製造ロットによって変わるものなのだ、と覚えてください。



 余談;
詳しく言えば切りがないのですが、 Egそのものも温度Tの関数です。係数Aは回路シミュレータでは温度の3乗がよく使われます。SI単位系に慣れましょう。
それから、他人が書いた式を眺めてるだけでは自分の力が付きません、ぜひ式変形を自分の手で最後までやってみましょう。
 
 

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流...続きを読む

Qプルアップ抵抗値の決め方について

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調節していって電圧降下が0.9Vとなるように設定するのでしょうか。どうぞご助力お願いします。



以下、理解の補足です。
・理解その1
ふつう、こういう場合は抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が決まっていることが前提だと考えていました。V=IRを計算するためには、この変数のうち2つを知っていなければならないからです。
また、例えば5V/2Aの電源を使った場合、マイコン周りは電源ラインからの分岐が多いため、この抵抗に2A全てが流るわけではないことも理解しています。

電源ラインからは「使う電流」だけ引っ張るイメージだと理解しているのですが、その「使う電流」が分からないため抵抗値を決定できません。(ポート入力電流の最大定格はありますが…)


・理解その2
理解その1で書いたように、抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が必要だと理解しています。図2を例に説明します。Rの値を決めたいとします。
CD間の電圧降下が5Vであることと、回路全体を流れる電流が2Aであることから、キルヒホッフの法則より簡単にRの値とそれぞれの抵抗に流れる電流が分かります。今回の例もこれと同じように考えられないのでしょうか。

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調...続きを読む

Aベストアンサー

NO1です。

スイッチがONした時に抵抗に流れる電流というのは、最大入力電流や最大入力電圧
という仕様から読めば良いのでしょうか。
→おそらくマイコンの入力端子の電流はほとんど0なので気にしなくてよいと思われます。
入力電圧は5Vかけても問題ないかは確認必要です。

マイコンの入力電圧として0Vか5Vを入れたいのであれば、抵抗値は、NO3の方が
言われているとおり、ノイズに強くしたいかどうかで決めれば良いです。
あとは、スイッチがONした時の抵抗の許容電力を気にすれば良いです。
例えば、抵抗を10KΩとした場合、抵抗に流れる電流は5V/10kΩ=0.5mAで
抵抗で消費する電力は5V×0.5mA=0.0025Wです。
1/16Wの抵抗を使っても全く余裕があり問題ありません。
しかし、100Ωとかにしてしまうと、1/2Wなどもっと許容電力の大きい抵抗を
使用しなければいけません。
まあ大抵、NO3の方が書かれている範囲の中間の、10kΩ程度付けておけば
問題にはならないのでは?

Q差動増幅器について

生体電気現象計測機器(脳波計や心電計)で差動増幅器が使用される理由はなぜですか?
雑音を消すためにあるような気がするのですが、よく分かりません。

Aベストアンサー

得られる信号レベルが微少でノイズの影響を
受けやすいので、そうならないようにするため
=「雑音を消すため」正解です。

ただ、差動増幅器だけで事が解決するわけでは
ありません。信号源の正負から撚り線で作動増
幅器へ接続する必要があります。これにより電
流ループ内に他からの磁界が入れなくなります
から、ノイズに強くなります。

差動増幅の出番はここからで、正負両方に同じ
く乗った同相ノイズ(コモンモードノイズ)を引
き算でキャンセル(相殺)します。

上記撚り線を更にシールドして、差動増幅器の
手前にコモンモードチョーク(1:-1のトランス)
を入れてやれば万全です(主に差動増幅器の帯域
より上で効く)。


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