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?
ダウンロード

入力インピーダンス?