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オペアンプ:微分回路の解説

知恵袋のオペアンプ微分回路の動作解説

オペアンプの解析するのにポイントいろいろあって、
1)差動入力±は同電位になるよう動くはず(まっとうな周辺回路・動作条件なら)
したがって、この入力電圧Vがかかるコンデンサのもう一方はGND電位なので、
電荷 Q = CV(i)  ⇒ 電流 i = dQ/dt = C * dv(i)/dt

*注意:オペアンプそのものに、±入力端子を同電位にする機能はない。周辺回路が同電位になるように設計するのがまったうな使い方。同電位になるよう帰還かけないとコンパレータとか無限大ゲインで振り切れるのが普通。電源電圧などに影響される。入出力のダイナミックレンジ以内で使うという話も重要。

2)オペアンプの入力インピーダンス∞(μAオーダだと嘘になるけど)
したがって、1)で求めた電流は、 帰還抵抗Rに流れるしかない。
*注意:例えば逆相増幅器だと、+入力端子をGNDに接続するんですが、このリーク電流が気になる場合、ー入力端子に接続する入力抵抗と同じものを、GNDと、+入力端子の間に挿入して、入力信号にたいするリークと、電源から+入力へのリークを相殺するような回路構成にしたりします。


3)オペアンプの出力インピーダンスは0
帰還抵抗Rは、1) の原理で一端がGND電圧のRに、1)で求めた電流がオームの法則にのっとって流せるような電圧が、オペアンプ出力にそのまま発生している(出力インピーダンス0なのでロスない)。電流の流れる方向は、GNDから、OPアンプ出力に流れ出す方向なので、電圧は入力に対して、マイナス方向。

よって、オペアンプ出力電圧は
V(o)= - R * I= - R *C * dV(i)/dt
と、入力電圧の微分回路となり、むかしむかしのアナログコンピュータ作る上の重要回路。オペアンプは演算増幅器といって、微積分とか四則が簡単に実現できるアナログコンピュータに欠かせない部品だったりします。

ここで、入力電圧V(i)が正弦波sin(ωt)だとすると、dv(i)/dtはいくらになるかな?余弦波のままだとピンとこないので、最後に余弦波⇒正弦波に直すと、90度ズレが発生する。これを、jという複素数表示を使うと..ほら前の人たちの結果が正しいと、わかってくるんじゃなかろうか?

がんばれ。
ーーーーオペアンプにはこれ以外の特徴としてーーーーーー
4)このほかにゲイン無限大の作動アンプ:帰還回路でどこまで誤差0に追い込めるか重要ポイント
5)f特性:GW積とかいう、作動アンプのゲインが1倍になる周波数。オペアンプを一定ゲインで使う回路設計にすると、このf特ゲイン特性と、設計ゲインが交わるところまでが、普通に使える領域となる(ゲイン2倍なら、周波数上限半分という意味になる)。
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