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オペアンプの非反転増幅回路(知恵袋)

反転増幅回路の負帰還はわかるけど、非反転増幅器はどうなっているのか?
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(2019.02.09)反転増幅とか、非反転増幅というのは、帰還回路に関係するものではありません。
てこの原理で、支点、作用点、力点の関係で、力を加えるのと、逆方向にものを動かす第一種てこというのと(支点が仮想グランドというとぴったり)、力を加えるのとものが動くのが同じ方向になる第二種てこと考えると(イメージは難しいけどわかる気しない?)、反転非反転の意味が理解できるのではないかな? 言葉の定義は、wiki参照ください

で、本題の負帰還ですが、オペアンプ
って、理想は増幅率∞の差動増幅器なわけです。

でも現実は、電源電圧の壁があって、入力もそうだけど出力も電源電圧(上側も下側も)の内側のある範囲(ダイナミックレンジ)でないと、振り切れる状態になってしまいます(いろいろ設計者が頑張って昔と比べると電源電圧範囲にかなり近い幅で動くものが使えるようになってますけど:(片側GNDの)単一電源のGND方向頑張るものとか、レールツウレールと呼ばれる電源電圧方向も頑張れるものとか)。

で、振り切れないように周辺回路を設計するわけです(そうしないと、単なるコンパレータになってしまうと考えればよいのかな?)。振り切れない回路構成というのが負帰還。もっとも増幅しないで、全周波数帯域減衰させる定数なら振り切らんけど、それなら、抵抗分圧など非アクティブフィルタで十分という説があるしねぇ。
 
okw********さんの最初の図がわかりやすいので、それを利用させていただきますが、出力がどっちかに振り切れてないということは、(ダイナミックレンジに対して妥当な範囲の)オペアンプの(+)入力の入力電位に対して、非反転増幅回路のイマジナリーショートと言われる(-)入力が、同じ電位だったという想定から始めます。
ちなみに、抵抗分圧でなく、直に出力電圧を、(-)入力端子に帰還すると、入力(+)と(-)が、同じ電圧で平衡します。何の意味があるか? OPアンプの入力インピーダンスは無限大で、出力インピーダンス”0”であることから、(+)入力につながった元信号を、低インピーダンス負荷であっても問題なく駆動(インピーダンス変換)するボルティージフォロアと呼ばれる有力な回路です。
 
もし、(+)入力が少し大きくなると、差動入力電位差が+方向で大きくなるので、出力電圧は、どこまでも(なんせゲイン∞)大きくなろうとします。ところが、出力電圧が上がると、R2とR1の抵抗比分圧で電位が決まるオペアンプの(-)入力の電位が上がって、差動電位差が小さくなります。ブレーキになるわけです。どこで平衡するか?というと、(+)と(-)入力電位差が0となるところというわけです。
最初に(+)入力が下がった場合も同様に考えればok。

日本では、増幅率無限大と(単なる虚栄という)本人自慢の能力があっても、周りが足をひっぱって、出る杭を打つような感じになるんやで(かってに入力電圧が動いて足をひっぱって増幅率制限されてしまう)。


オペアンプは、アナログ回路専門家でなくても便利につかえて素敵だと思いませんか?
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ワイの定性的な説明は、それはそれで有用だとは思うのだけれど本文中でふれたokw********さんの図式が、定量的に、この道で食べていくに必要だから、今、理解する必要があると、念押しするの忘れてた。

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