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電気回路の初心者です。ネットのサイトで次のような説明を読みました。

入力インピーダンス(抵抗)が大きいと、電流があまり流れません。
電流があまり流れないと言う事は、半導体が作動するのにエネルギーが少なくてすむ (= 電圧降下が小さい) ということです。
作動エネルギーが少ないと、他の回路へエネルギー(電圧)を、振り分けることが出来きます。
以上の理由により、 入力インピーダンスは高いほど良い ということになります。
(略)
出力インピーダンスとはなんでしょうか?
マイクのように、信号を発信する側が、もともともっている内部抵抗です。
では、出力インピーダンスは、低いほど良い理由はなぜでしょうか?
マイクの出力インピーダンス(内部抵抗)が大きいと、自分自身でエネルギー(電圧)を使ってしまい、小さな音しか出せません。

私にはこの説明が理解できません。
入力インピーダンスの説明では、インピーダンスが大きいと、半導体が作動するのにエネルギーが少なくてすむ、と言っています。
ところが出力インピーダンスの説明では、インピーダンスが大きいと自分自身でエネルギーを使ってしまう、つまり多くのエネルギーが必要だと言っています。どう考えればいいのでしょうか。
何か基本的なことが理解できていない気がしてストレスがたまっています。

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A 回答 (8件)

こんにちは。


一生懸命お考えのようですね。
また、電池のモデルでほぼ到達できそうなところとお見受けします。

次のような説明ではいかがでしょうか。
ポイントは、「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。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、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が、現実には、どちらの妨害抵抗も存在する以上、「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。

(ご質問の中にある、”入力インピーダンスが大きいとエネルギーが少なくてすむ vs 出力インピーダンスが大きいとエネルギーがたくさん必要”の矛盾に関する疑問も、この「直列」と「並列」の関係ならご理解いただけるのではないでしょうか。)

なお、他の方から、「インピーダンスは必ずしも大きい(小さい)ほうが良いのではなく、マッチング(一致)が大切」という意見が出ていますが、これは次のように説明できます。
・「信号」は「情報」を送るので、基本的には”電圧だけが重要で、エネルギー(電力)は食わせたくない”。この前提では、上記の理想論のとおりであり、特に入力インピーダンスは無限大が良い。
・しかし、実際には、エネルギーが必要(アナログ電圧計でもバネをねじる仕事が必要)。したがって、どうしても一定量の電流を流す必要があり、入力インピーダンスを無限大にはできない。
このとき、ある法則により「出力インピーダンスと入力インピーダンスが一致したとき、入力側(受け取る側)に最大のエネルギーを与えることができる」という結果になっているので、両インピーダンスを一致させるのがいちばん良い
・さらに、別の法則から、高周波(高速で電圧が変動するので、長いケーブルにおいてはケーブルの場所によって電圧が異なる)においては、インピーダンスが一致しないと、「信号反射」等により波形が変形してしまうという結果になっている。

さてさて、すっかり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。
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この回答へのお礼

丁寧な解説ありがとうございます。面白く読ませてもらいました。
特に

「信号」は「情報」を送るので、基本的には電圧だけが重要

というところは大きなヒントになりました。

お礼日時:2013/09/03 19:41

入力インピーダンス


回路にもよるんでしょうが、入力は言ってしまえば、信号だけ(電力は必ずしも不要)で十分です。
真空管や電解効果トランジスタは主に電圧で制御するため、入力インピーダンスが高くなります、通常のトランジスタは入力にも電力が必要です。
入力インピーダンスが高いと、入力に対する感度?は確かに高くなります。
出力インピーダンスは電池の内部抵抗とほぼ同じ?。
10Vの電池
  内部抵抗1Ωの時1Aの電流取り出すと電圧降下1Vで(内部抵抗に1A流れる)電源としては9V
  内部抵抗2Ωの時1Aの電流取り出すと電圧降下2Vで(内部抵抗に2A流れる)電源としては8V
それでは、二つの回路を接続するとき、出力インピーダンスを低く、入力インピーダンスを高くすれば良いかといえば、そうではなくインピーダンスマッチングといわれるように電力を効率よく伝達するにはインピーダンスは等しいのが理想です。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
電流を水流に置き換えると、大量の水流は扱いにくく、少量の水流は扱いやすい、ということなのかな・・・。

お礼日時:2013/09/03 19:26

>電気回路の初心者です。

ネットのサイトで次のような説明を読みました。

>入力インピーダンス(抵抗)が大きいと、電流があまり流れません。
>電流があまり流れないと言う事は、半導体が作動するのにエネルギーが少なくてすむ (= 電圧降下が小さい) ということです。

すでにここが間違い
V=IRだから、Rが大きくなった分Iは小さくなっても電圧降下は同じ

消費電力をPとしたときに、P=VI=V^2/Rだから、Rが大きいと消費電力が少ないという説明なら成り立ちます。

>何か基本的なことが理解できていない気がしてストレスがたまっています。

基本的なことを理解していない人が記載した文章ですから、気にすることはありません。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。

お礼日時:2013/09/03 19:29

No.1です。




電池の両端の電圧は、内部抵抗と負荷抵抗で開放時電圧1.5Vを分圧した値になります。
無負荷時の電池の電圧(1.5V)×負荷の抵抗/(電池の内部抵抗(10Ω)+負荷の抵抗) です。



100Ωが1個の時は、1.36V
2個並列の時、1.25V
3個並列の時、1.15V です。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2013/09/03 19:42

「入力インピーダンスが高いほど良い」、「出力インピーダンスが低いほど良い」と言うのは、扱っている電力が回路のノイズよりずっと大きくて、機器を結ぶ信号線の長さが扱う信号の波長(周波数の逆数)よりずっと短い場合だけです。



テレビ放送などの放送電波を受信する時にアンテナから得られる電力はごくわずかです。
例えば、BSアンテナから得られる電圧は数10uV(75Ω)です。
例えば、40uV(75Ω)電力に換算すると0.021nWです。
一方で、放送を受信する受信回路はそれ自身でノイズを発生しています。
(アナログテレビで放送終了後に見える砂の嵐や、AM放送の同調ズレ時のザーという音がノイズ)
アンテナからの電力が回路のノイズより十分大きくなければノイズに負けてしまいます。
そこで、アンテナからの電力を残らず回路に取り込む必要が有ります。
その為に必要なのが第1の「インピーダンスマッチング」です。
例えば、電圧が2Vで内部抵抗が10Ωの電池が有ったとして、
100Ωの抵抗をつないだ時に抵抗に流れる電流は2/110=0.0182Aなので消費電力は(2/110)^2×100=0.033W
1Ωの抵抗をつないだ時に抵抗に流れる電流は2/11=0.182Aなので消費電力は(2/11)^2×1=0.033W
10Ωの抵抗をつないだ時に抵抗に流れる電流は2/20=0.100Aなので消費電力は(2/20)^2×20=0.1W
電池の内部抵抗と同じ10Ωの抵抗を付けた時に負荷抵抗での電力が最大になります。

機器を結ぶ信号線の長さが扱う信号の波長(周波数の逆数)よりずっと短かくない場合です。
地上デジタルTVは470~770MHzの周波数を使用しています。
波長に直すと0.638~0.390メートルです。当然、アンテナとテレビの距離は波長より長くなります。
この場合、適当な電線を使う訳にはいきません。その為、特性インピーダンス75Ωの同軸ケーブルを使います。
このケーブルの75Ωと言うのはテスターでは測定できません。
ネットワークアナライザ等の測定器を使用します。
この様なケーブルを使用する場合、ケーブルに接続する機器の入力/出力インピーダンスをケーブルの特性インピーダンスに合わせる必要が有ります。(第2のインピーダンスマッチング)
なぜ必要かの説明かはここでは省きます。
なぜ、75Ωなのかはこちらを見てください。
http://okwave.jp/answer/new?qid=8246026

オーディオ機器などでは、取り扱う周波数は通常最大20kHzなので波長は15メートルです。
家庭で使用する場合は第2のインピーダンスマッチングは重要では有りません。
ただし、音楽スタジオや放送局などではケーブルの長さが数10メートルになる事が有ります。
その為、プロ用のオーディオ機器には特性インピーダンス600Ωのケーブルが使用されています。
600Ωなのは損失を最小にする必要が無いのと、回路の使いやすさが理由です。

オーディオ機器での第1のインピーダンスマッチングについては、普通は機器が出力する電力に余裕があるので気にする必要が無いのです。
昔のレコードプレーヤーのMC(ムービング・コイル)ピックアップは発生する電力がごくわずかでインピーダンスも極めて低い為、トランスを使ってインピーダンスを上げていました。
(第1のインピーダンスマッチング)
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この回答へのお礼

ありがとうございました。専門的過ぎて理解できないところもありますが、今後の勉強に役立たせていただきます。

お礼日時:2013/09/03 19:49

入力インピーダンスは高いほど良い、出力インピーダンスは、低いほど良いなんて大嘘です。


PA用の高信頼性のミキサー、中間アンプは全て入力、出力インピーダンスは600Ωです。
あくまでも使用目的に合った、インピーダンスとすべきです。
汎用性を考えて一般的に、入力インピーダンスは高く、出力インピーダンスは低くしているだけです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。仰るとおりだと思います。

お礼日時:2013/09/02 08:30

No.1です。



誤解をまねく表現があったので訂正します。

負荷抵抗が増える→並列に繋ぐ負荷抵抗の数が増える という意味です。


合成抵抗は、低くなります。
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電池を例に挙げると、





電池に並列に2個の電球をつなぐと、2つともそこそこの明るさで光りますね?
でも、並列に3個、4個・・・・10個と増やしていくと、だんだん暗くなってしまいます。
これは、電池は必ず一定の内部抵抗(出力インピーダンス)を持っているからです。

例えば添付した画像で、電池の電圧を1.5Vとし、その内部抵抗を10Ωとして、100Ωの負荷抵抗を1つづつ増やしていった場合の、電池の両端の電圧を計算してみてください。

負荷抵抗が増えるほど、電池の両端の電圧が下がることが分かると思います。

また、仮に、電池の内部抵抗を0Ωにすると、どんなに負荷抵抗を増やしても電圧が下がりません。
これは、理想的な電池です。電池一個で世界中の電力をまかなえます。
「入力インピーダンスと出力インピーダンスに」の回答画像1

この回答への補足

初心者過ぎて、回答者様の(おそらく)単純な問題も自信をもって答えることが出来ません。一応次のように考えてみましたが、合っているでしょうか?

負荷抵抗=1
1.5/100 = 0.015 A
0.015 x 10 = 0.15 V
電池両端の電圧 1.5 - 0.15 = 1.385 V

負荷抵抗=2
1.5/50 = 0.03 A
0.03 x 10 = 0.3 V
電池両端の電圧 1.5 - 0.3 = 1.2 V

回答者様の説明は、後段の回路の入力インピーダンスが小さいほど、また前段の回路の出力インピーダンスが大きいほど、前段の回路の電圧降下が大きいということでしょうか?

補足日時:2013/09/02 07:52
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ウィキペディアに以下のように書いてました。

遮断周波数(しゃだんしゅうはすう)またはカットオフ周波数(英: Cutoff frequency)とは、物理学や電気工学におけるシステム応答の限界であり、それを超えると入力されたエネルギーは減衰したり反射したりする。典型例として次のような定義がある。
電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると(あるいは下回ると)回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
導波管で伝送可能な最低周波数(あるいは最大波長)。
遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。


ですがよくわかりません。
わかりやすく言うとどういったことなのですか?

Aベストアンサー

>電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると(あるいは下回ると)回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
>導波管で伝送可能な最低周波数(あるいは最大波長)。
>遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。

簡単にいうと、一口に「カットオフ周波数」と言っても分野によって意味が違う。
電子回路屋が「カットオフ周波数」と言うときと、導波管の設計屋さんが「カットオフ周波数」と言うとき
言葉こそ同じ「カットオフ周波数」でも、意味は違うって事です。



電子回路の遮断周波数の場合
-3dB はエネルギー量にして1/2である事を意味します。
つまり、-3dBなるカットオフ周波数とは

「エネルギーの半分以上が通過するといえる」

「エネルギーの半分以上が遮断されるといえる」
の境目です。

>カットオフ周波数は影響がないと考える周波数のことでよろしいでしょうか?
いいえ
例えば高い周波数を通すフィルタがあるとして、カットオフ周波数が1000Hzの場合
1010Hzだと51%通過
1000Hzだと50%通過
990Hzだと49%通過
というようなものをイメージすると解り易いかも。

>電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると(あるいは下回ると)回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
>導波管で伝送可能な最低周波数(あるいは最大波長)。
>遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。

簡単にいうと、一口に「カットオフ周波数」と言っても分野によって意味が違う。
電子回路屋が「カットオフ周波数」と言うときと、導波管の設計屋さんが「カットオフ周波数」と言うとき
言葉こそ同じ「カットオフ周波数」でも、意味は違うって事です...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
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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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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?
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>・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

Qオシロの入力インピーダンスについて

私の使っているオシロスコープは入力インピーダンスを
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切り替えると何が起こるのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

50Ω

信号は電力伝送されますから
あまり強い信号を入力してはいけません。
測定相手が50Ω系であれば、配線を切って
オシロに接続することで、反射の無い
きれいな(本来の)波形を観測することができます。
また、50Ωだと受け側は純抵抗に近くなりますから
容量成分で生じる不都合(スパイクなど)も
発生しません。
ただし、配線を切れないところの測定には適しません。
(こちらに電流が流れてしまうため)

1MΩ

信号はハイインピーダンス受けとなりますから、
配線を負荷につないだままで、
もしくは回路の途中からでも信号を取り出して
波形を観測することができます。
しかし、ハイ受けですから、回路に多少影響を
与えます。
また、出力回路のような処では
別に終端抵抗を必要とします。
そしてインピーダンスは高くても
プローブの容量成分(20pFぐらいかな)は
そのまま残りますから
波形に乱れが生じる場合もあります。

なお、オシロの回路は、1MΩ受けに造られていて
50Ωの時は入力端に抵抗が挿入されるように
作られているはずです。

50Ω

信号は電力伝送されますから
あまり強い信号を入力してはいけません。
測定相手が50Ω系であれば、配線を切って
オシロに接続することで、反射の無い
きれいな(本来の)波形を観測することができます。
また、50Ωだと受け側は純抵抗に近くなりますから
容量成分で生じる不都合(スパイクなど)も
発生しません。
ただし、配線を切れないところの測定には適しません。
(こちらに電流が流れてしまうため)

1MΩ

信号はハイインピーダンス受けとなりますから、
配線を負荷につないだ...続きを読む

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
ゲインG=20log( 1 / √2 )=-3dB
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。
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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。
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(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

Q反転増幅器の周波数特性

入力電圧V1=300mV、R1=10kΩ、Rf=100kΩの反転増幅回路で周波数を100Hzから200kHzまで徐々に変化させていくと、10kHz以降から位相差が生じて、出力電圧、利得が減少しはじめました。どうしてこんなことが起きるのでしょうか?その根拠がわかりません・・・
そしてなぜ10kHzから生じたのかという根拠もわかりません。
どなたかご回答の程よろしくお願いします。

Aベストアンサー

関連する質問を紹介しますので、この回答を参考にレポートを書いてください。

μPC741というオペアンプを使って反転増幅の周波数特性をG=0,10,20dBと3種類測定しました。
(1)3種類とも利得が-3dBになる高域遮断周波数が約40kHzになりました。理論値と比較したいのですが理論式の導出がわからない
(2)周波数をあげると生じる入出力の位相差の原因とその理論式(たぶんスルーレートが関係すると思うのですが)
(3)位相差と利得の低下にはどんな関係があるのか http://okwave.jp/qa3510524.html

基本的な反転増幅回路における周波数特性が右下がりになる理由を理論的に説明したいのですが、回路にコンデンサが使われていないので、カットオフ周波数が求められなくて困っています。オペアンプは751です。右下がりになる理由はカットオフとオペアンプの周波数特性によるものですよね? http://okwave.jp/qa3048059.html

非反転増幅、反転増幅の回路実験を行ったのですが、1kHzや100kHz を入力すると、約10倍の増幅が確認できたのに対し、1MHzを入力した場合、約1.2倍となりほとんど増幅が確認できませんでした。 これはなぜでしょうか http://okwave.jp/qa3055112.html

反転増幅回路と非反転増幅回路に周波数特性に違いがあるらしいのですがそれがどういった違いなのかわかりません。わかる方いらっしゃいましたら教えてください。 http://okwave.jp/qa4078817.html

関連する質問を紹介しますので、この回答を参考にレポートを書いてください。

μPC741というオペアンプを使って反転増幅の周波数特性をG=0,10,20dBと3種類測定しました。
(1)3種類とも利得が-3dBになる高域遮断周波数が約40kHzになりました。理論値と比較したいのですが理論式の導出がわからない
(2)周波数をあげると生じる入出力の位相差の原因とその理論式(たぶんスルーレートが関係すると思うのですが)
(3)位相差と利得の低下にはどんな関係があるのか http://okwave.jp/qa3510524.html

基本的な反転増...続きを読む

Q電圧増幅度の出し方

入力電圧と出力電圧があってそこからどうやって電圧増幅度を求めるんですか?
電圧増幅度を出す式を教えてください

Aベストアンサー

増幅回路内の各段のゲイン、カットオフを求めて、トータルゲイン及びF特、位相
を計算するという難しい増幅回路の設計にはあたりませんので、きわめて単純に
考えればいいですよ。

電圧利得(A)=出力電圧/入力電圧

となります。

これをデシベル(dB)で表すと

G=20LogA(常用対数)

で計算できます。

ご参考に。

Qエミッタ接地増幅回路について教えてください><

教えていただきたいことは2つあります。
(1)エミッタ接地増幅回路はなぜ入出力波形の位相が反転するのでしょうか。
(2)エミッタ接地増幅回路はなぜ入力電圧が大きくなったとき出力波形が歪んでしまうのでしょうか。

1つでもわかる方がいらっしゃいましたらどうか回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

参考URLのトランジスター(エミッタ接地)増幅回路について
Ic-Vce特性と負荷線の図を見てください。
参考URL:
ttp://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

(1)
バイアス電圧を調整して図4の動作点(橙色の点)をVbe特性の中心に設定してやり、その動作点を中心に入力電圧Vbeを変化させてやるとVceとIcが負荷線上で変化して動きます。入力電圧Vbeが増加すると出力電圧Vceが減少し、入力電圧Vbeが減少すると出力電圧Vceが増加します。つまり出力電圧波形の位相は入力電圧の位相が逆になります。つまり、入出力波形の位相が反転することになります。

(2)
入力電圧Vbeが大きくなったとき出力波形が歪んでしまうのは、動作点が負荷線の線形動作範囲の上限に近づくとそれ以上Vceが頭打ちになって、出力電圧波形が飽和してしまいます。言い換えればコレクタ電圧Vceは接地電圧と直流電源電圧Vccの範囲でしか変化できません。その出力電圧波形は入力電圧Vbeが負荷線上の線形増幅範囲だけです。線形増幅範囲を超えるような大振幅の入力Vbeを入力すると出力電圧の波形が飽和して波形の上下が歪んだ(潰れた)波形になります。

お分かりになりましたでしょうか?

参考URL:http://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

参考URLのトランジスター(エミッタ接地)増幅回路について
Ic-Vce特性と負荷線の図を見てください。
参考URL:
ttp://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

(1)
バイアス電圧を調整して図4の動作点(橙色の点)をVbe特性の中心に設定してやり、その動作点を中心に入力電圧Vbeを変化させてやるとVceとIcが負荷線上で変化して動きます。入力電圧Vbeが増加すると出力電圧Vceが減少し、入力電圧Vbeが減少すると出力電圧Vceが増加します。つまり出力電圧波形の位相は入力電圧の位相が逆になります。つまり、入出力波...続きを読む

Q実際の非反転増幅器の出力インピーダンスの導出過程を教えてください

実際のopアンプを使用した非反転増幅器の出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?
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4654272.html
こちらの質問を参考に出力インピーダンスを算出してみたところ、一向にテキストと同じ式になりません。
テキストには、出力インピーダンス:
       Zout=(1+Rf/R1)Zo/Avo
       Zo:OPアンプ単体の出力インピーダンス
       Rf:フィードバック側の抵抗,R1:反転入力側の抵抗
       Avo:電圧利得
ご指導よろしくお願いします。

Aベストアンサー

「こちらの質問」のANo.2です。
「こちらの質問」は入力インピーダンスの話で、出力インピーダンスではありません。添付図に導出方法を途中まで書きました。Zout = (1+Rf/R1)*Zo/Avo というのは近似です。Avo がどういう場合にそうなるか考えてみてください(Avoは非常に大きな数値です)。


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