非反転オペアンプ
小さな信号を大きくする
Op ampはoperational amplifier、演算増幅器の略で、電源を使って2入力を比較します。負帰還で出力の一部を差し引く入力へ戻します。非反転は符号を保つこと。利得は電圧比、クリッピングは出力を電源電圧で制限することです。 Avは線形電圧利得で、単位V/Vはクリッピング前の入力1ボルトあたりの出力ボルト数です。
実験台
回路の設定を変え、測定値を予想してから課題を確認しましょう。教材用のモデルで、各レッスンに仮定を説明しています。
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動作のしくみ
理想0–5 Vアンプは入力電流ゼロで出力が両電源電圧に達します。実機は入力範囲、出力振幅、速度、電流に制限があります。実機試験済みではありません。
要求Vout = Vin × (1 + Rf/Rg)。Vinは信号、Rfは帰還抵抗、Rgは0 V基準の接地への抵抗。帰還電圧 = Vout × Rg/(Rg + Rf)。Vinと等しいのは線形帰還領域だけです。
難易度
組み立て · 観察しよう
入力0.5 V、両抵抗10 kΩで電源オン。出力1 Vを読もう。
ヒントを見る
0.5 V; Rg = Rf = 10 kΩ → 1 V
探究 · 調整しよう
入力0.2 Vで、クリッピングなしの出力0.95–1.05 Vにしよう。
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0.2 V; Rg 10 kΩ; Rf 40 kΩ → 1 V
自力で解く · 限界を探そう
入力1 Vで利得6以上にしよう。出力5 Vへの制限と帰還入力が1 Vでなくなる様子を見よう。
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1 V; Rg 5 kΩ; Rf 25 kΩ → 要求値 6 V, 実際値 5 V
追加の読み物と回路レシピ
小さな信号を大きくする
役立つつながり
RfとRgが同じなら利得は1でなく2。式に追加の1があるためです。
意外な発見
出力5 Vに制限され、要求利得が6なら帰還は5/6 Vで、入力1 Vより低くなります。
避けたい落とし穴
負帰還は電源以上の電圧を要求しても作れません。クリッピング時は入力同士が等しくなくなります。
RfはRgの2倍、クリッピングなし。利得は…
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詳しく読む
利得 = 1 + Rf/Rg = 1 + 2 = 3。