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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