メカトロニクス １２／８ OPアンプ回路 メカトロニクス １２／８ 1 OPアンプ回路 メカトロニクス １２／８ 2 ＯＰアンプ ＯＰアンプは基本的に ＋－側電源端子 反転入力（＋で表示) 非反転入力（－で表示) 出力 の５本の端子を持つ。 これに微調整用の端子 が付いた８本のパッケー ジのタイプが一般的であ る。 メカトロニクス １２／８ 3 OPアンプ（オペアンプ） • OPアンプ(Operational amplifier:演算増幅器）は 理想として次のような特性をもつ素子として設 計されている – 反転、非反転入力の差を増幅する。 – 増幅率は∞ – 入力インピーダンス（信号を出す回路から見てどれ だけの抵抗をつながれた場合と同じ影響があるか を示す数値）が∞ – 出力インピーダンス（信号を受ける回路が電流を流 したときの出力の変化の度合いを抵抗に換算して 示す数値)が０ メカトロニクス １２／８ 4 反転回路 入力の電圧に対して正負が反 転した電圧を出力する回路。 実際の回路でR1～R3に用いる抵抗の値は１ｋΩ～１００ｋΩの範囲で選ぶ。 メカトロニクス １２／８ 5 反転回路 ＯＰアンプの反転入力端子は回路が正常に動 作している場合ほぼ０［Ｖ］になる。この状態を 仮想接地と呼ぶ。 そのため、Ｒ１のＩｎｐｕｔの部分から見るとＲ１で グラウンド（電位０）と接続されているのと同様 な電流が流れることになる。この電流は前段 の回路にとっては負荷になるので注意が必 要。 メカトロニクス １２／８ 6 反転回路 入力の電圧に対して正負が反 転した電圧を出力する回路。 io ii この２点の電 位差はほぼ０ 実際の回路でR1～R3に用いる抵抗の値は１ｋΩ～１００ｋΩの範囲で選ぶ。 メカトロニクス １２／８ 7 反転回路 iiとioは入力端子を出入りする電流が 微小なためほぼ同じとする。 入力端子の部分がほぼ０Vなので入 力電圧Viと出力電圧Voの比は抵抗R1 とR2の比に一致する。 メカトロニクス １２／８ 8 フィードバックをかけ た状態で使うと数１０ ｋHz程度の周波数ま では増幅できる。 メカトロニクス １２／８ 反転回路の周波数特性 9 入力の電圧に対 して正負が同じ 電圧を出力する 回路。 非反転回路 入力のインピー ダンスはOPアン プの特性がその まま活かされる。 非反転回路 メカトロニクス １２／８ 10 非反転回路 • Ｉｎｐｕｔの部分から見ると、ＯＰアンプの入力 端子に流れ込む電流（かなり小さい）が負 荷になるだけで、ほとんど前段の回路に影 響を与えない。 メカトロニクス １２／８ 11 非反転回路 この２点の電 位差はほぼ０ io 2つの入力の電圧が等し くなるから R1 Vin Vout R1 R2 になる。結果として Vout R1 R2 Vin R1 になる。 ii 非反転回路 メカトロニクス １２／８ 12 Vout Vout R2 Vin R1 R1 R2 Vin R1 反転回路 非反転回路 反転回路と非反転回路の増幅率(ゲイン) の計算式が違う点に注意すること。 メカトロニクス １２／８ 13 ボルテージフォロワー ボルテージフォロワー 増幅率１（入力と出力の振幅が同じ)の非反転増幅回路をボル テージフォロワーと呼ぶ。振幅は変化させずに信号のインピー ダンスを下げたいとき（信号の電流が欲しいとき)に用いられる。 メカトロニクス １２／８ 14 加算回路 非反転回路の入力を 増やした回路でこの ようにすると各入力 信号を合わせた出力 を得ることができる。 加算回路 メカトロニクス １２／８ 基本的には反転回 路と同様な動作にな るので前段に影響が ある。 15 OPアンプの出力の扱い（補足） 10k Ω 10k Ω a － + 10k Ω 10k Ω b － + • 信号の加算や減算を行おう と、複数のOPアンプの出力を 直接つないだり、抵抗を介し てつないだりしてはいけない。 特に直接複数のOPアンプの 出力を接続すると、それぞれ の出力電圧が違うとOPアン プ間に大電流が流れ回路が 壊れる可能性が高いので絶 対やってはいけない。 メカトロニクス １２／８ 16 差動アンプ (Input2ｰInput1)×K の出力を出す回路。 ２つの入力の差を出 力する回路でセンサ のブリッジ回路の信 号の増幅などに使わ れる。 差動アンプ メカトロニクス １２／８ 17 Input１は図の赤 の部分をGNDと同 じ電位だと考える とR1、R2でフィード バックする反転増 幅回路と考えられ る。 結果R2/R1倍の反 転増幅回路となる。 差動アンプ メカトロニクス １２／８ 18 Input２は図の赤 の部分をGNDと同 じ電位だと考える とR3、R4の抵抗で R3/(R3+R4)で分圧 された信号を （R1+R2)/R1倍する 非反転増幅回路と 考えられる。 差動アンプ メカトロニクス １２／８ 結果R2/R1倍の非 反転増幅回路とな る。 19 差動アンプ 前段から見るとinput1とinput2の負荷が微妙に異なるので注 意が必要。 Input1（反転側）はOPアンプの入力部分が非反転入力端子と 同じ電圧になるので場合によって、input2（非反転側）の信号 の影響を受ける可能性がある。 input2は(R3+R4)の抵抗値でGNDとつながっているような負荷 となる。 メカトロニクス １２／８ 20 計測用差動アンプ 計測用差動アンプ メカトロニクス １２／８ OPアンプ３台を 用い入力を非反 転回路で受ける ことで入力イン ピーダンスを高く し、また、OPアン プで２段に増幅 することで大きな ゲインを得ること ができる回路で。 計測回路によく 用いられる。 21 a b メカトロニクス １２／８ 22 a点の電圧はopアンプの反転、非反転入力の電圧が平衡状態 ではほぼ等しくなることから (a V 2) R1 V1 V 2 R1 R 2 となり、 ( R1 R 2)V 1 R 2V 2 R1 となる。b点も同様に求めると ( R1 R 2)V 2 R 2V 1 b R1 a メカトロニクス １２／８ 23 となる。右側のOPアンプはゲイン１の作動アンプとして動 作するので出力は VOUT 2R2 b a (1 )(V 2 V 1) R1 となる。 メカトロニクス １２／８ 24 微分回路 ＯＰアンプの反転増幅回 路の入力側の抵抗の替 わりにコンデンサを使う ことで、入力信号の微分 を出力することができる。 微分回路 メカトロニクス １２／８ 25 ＯＰアンプの－入力にコンデンサ から流れる電流ｉｃは入力電圧eiを 微分した次の式のようになる。 OPアンプの入力にはほとんど電 流は流れないのでこの電流は抵 抗Rを経由して出力側へ流れる。 このときRの両端は に相当する電圧になる。結果とし て入力電圧の微分が得られる。 メカトロニクス １２／８ 26 積分回路 ＯＰアンプの反転増幅回路 の出力側の抵抗の替わり にコンデンサを使うことで、 入力信号の積分を出力す ることができる。 積分回路 メカトロニクス １２／８ 27 ＯＰアンプの－入力にコンデンサ から流れる電流ｉｒは入力電圧eiと 抵抗値Rから次の式のようになる。 OPアンプの入力にはほとんど電 流は流れないのでこの電流はコ ンデンサCを経由して出力側へ流 れる。このときCの両端は に相当する電圧になる。結果とし て入力電圧積分が得られる。 メカトロニクス １２／８ 28 微分回路・積分回路の位相の状態 正弦波信号を入力すると微分、積分回路は上図のような出力をする。信号の位相が９ ０°ずれていることが分かる。 メカトロニクス １２／８ 29 レポート課題１２／８ 締切り：１２月14日１７：００ ６号館事務室レポート提出boxまで。 • アナログ回路（OPアンプ回路）の設計 – 入力はa, b, cの３本の信号 – 出力は１本 – 出力 ｙ=5a+15b－10c • 以上のような仕様のＯＰアンプ回路を設計しなさい。 抵抗値などは具体的な数値を記入すること（Ｒ、２Ｒ などではなく１００Ω、１ｋΩのように記入する）。 • OPアンプ回路の電源回りの部分は省略してください。 メカトロニクス １２／８ 30
© Copyright 2024 ExpyDoc
