計測工学17 信号の計測法 OPアンプ センサの信号出力と測定回路 • 教科書P１１９ 表8.1 – アナログ出力 • 電圧変化 OPアンプ • 抵抗変化/静電容量/電磁誘導等 ブリッジ回路 • 電流変化 電流-電圧変換回路 フォトダイオード等 – ディジタル出力 • コンパレータ等 OPアンプ • OPアンプ＝演算増幅器 （operational amplifier） • 微小信号の増幅 入力信号 – シングルエンド 増幅回路 対地電圧 • 対地電圧を増幅 – 差動増幅 • 入力信号（+）と（－）間 の電位差を増幅 • フィルタ 入力信号（＋） 電位差 入力信号（－） 増幅回路 理想OPアンプ 利得(ゲイン) 入力インピーダンス 出力インピーダンス 周波数帯域 ：無限大 ：無限大 ：0 ：無限大 しかし、これらの条件を満たすOPアンプは 存在しない では、現実のオペアンプは？ OPアンプの基本特性 • 高利得（ゲイン≒∞）（実際は105～１07） 通常の利用では＋とー端子間の電位差はほぼ０で 動作（仮想接地） • 高入力インピーダンス（数100MΩ以上） • 低出力インピーダンス（100Ω以下） V 正電源 + － （＋）と（－）端子間電 位差はほぼ０で利用 入力電圧 100Ω以下 ∞ ～ ＋ 出力電圧 V－ 負電源 OPアンプの基本特性 • 高利得（ゲイン≒∞）（実際は105～１07） 通常の利用では＋とー端子間の電位差はほぼ０で 動作（仮想接地） • 高入力インピーダンス（数100MΩ以上） • 低出力インピーダンス（100Ω以下） － ＋ OPアンプの基本回路１ • 反転増幅 入力インピーダンス？ ＝R1 増幅率？ ＝－（R2/R1） 電流 R2 ０V（仮想接地） 入力 Vi （シングルエンド） － R1 ＋ 出力 Vo （シングルエンド） OPアンプの基本回路１ • 反転増幅 入力インピーダンス？ 増幅率？ R2 入力 Vi （シングルエンド） － R1 ＋ 出力 Vo （シングルエンド） 反転増幅の動作 電流 電圧 ０V R1 R2 練習問題１ • 図の回路において、 R1=3kΩ, R2=21kΩの とき、入力インピーダ ンスおよび増幅率は いくらか？ • R1=2kΩで増幅率=-10 のとき、R2の抵抗値 はいくらか？ OPアンプの基本回路2 入力インピーダンス？ • 非反転増幅 ＝OPアンプの入力インピーダンス 増幅率？ ＝（R1+R2）／R1 = 1+（R2／R1） 電流 Vi OPアンプの基本回路2 入力インピーダンス？ • 非反転増幅 増幅率？ 非反転増幅の動作 電流 Vi 電圧 Vi Vi ０V 練習問題２ • R1=1kΩ、R2=10kΩのと き、入力インピーダンス および増幅率はいくら か？ • R1=1kΩ、増幅率20とす るとき、R2の抵抗値は いくらか？ 備考 • 電圧信号は – 高入力インピーダンスで受け取る • 電流信号は – 低入力インピーダンスで受け取る ↓ 測定系に影響を与えない 電圧フォロワ • 入力インピーダンスはOPアンプのもので高い • 出力インピーダンスはmΩオーダで低い • OPアンプの出力電流でとりだせる － ＋ Vi 増幅率 Vo 電圧フォロワ • 入力インピーダンスはOPアンプのもので高い • 出力インピーダンスはmΩオーダで低い • OPアンプの出力電流でとりだせる － Vi ＋ 増幅率= 1+（R2／R1） = 1+（0／∞） = 1 Vo R1=∞、R2=0 非反転増幅 差動増幅器 • R1=R3, R2=R4のとき差動増幅器 • 出力電圧Vo=(R2/R1)Vi=(R2/R1)(Vin+ －Vin-) 電流・電圧変換 • 基本回路は下図 • Vo= －I×R • 教科書P123の図8.6はIをフォトダイオードの 出力としたもの 練習問題 • 入力インピーダンス2kΩ、増幅率10の反転増 幅器はどのようになるか？ • 増幅率20の非反転増幅回路をこたえよ。（使 用する抵抗は１kΩ～100kΩくらいとする） • 入力インピーダンス約20kΩ、増幅率10の差 動増幅器はどのようになるか？
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