OPアンプの非反転増幅回路

前回はオペアンプが電圧を増幅しているという話でした。
では、どのように増幅しているのでしょうか。

前回示した回路の中で、オペアンプに関わる部分を赤色にしました。
抵抗を2つ巻き込んでいます。
なぜ、その2つの抵抗をオペアンプと一緒に考えることにしたかというと。

オペアンプの非反転増幅回路として、電子回路の教科書にはまず載っている回路です。
この2つの抵抗だからです。
これはこの回路を覚えているから分かる部分といえます。

今回は、この非反転増幅回路の電圧増幅率を計算してみます。

そもそもオペアンプとはなんぞやという所から始めます。
上の回路を見ても分かりますが、オペアンプは3端子の素子です。
非反転入力v(+)、反転入力v(-)、出力v(out)を持ちます。
これらは、電圧増幅率Aを用いて以下の様な関係になります。

もうこれを見ただけで増幅できることが分かります。
ただ、このままでは増幅率はAによって決まってしまっています。
別にそれでもいいのだけど、実はこのAは極めて大きく、そのまま増幅したら信号は振り切ってしまいます。

そこで、この増幅率を調整すべく、上のように抵抗を入れるのです。
では、抵抗を入れた場合、どのくらいの増幅率になるのか。

まず、オペアンプは「電圧」入力「電圧」出力の素子であったことを思い出してください。
電流が流れる必要がないというか、端子に電流は流れないと思っていいです。
これがオペアンプの回路を解析するときのポイントですよー。

だから、上の回路で唯一電流が流れている経路がこれです。
これが分かると急にシンプルに見えてきませんか。

まず、流れている電流はオームの法則から求められます。

電流が求められれば、反転入力端子(マイナス端子)の電位も求められます。

非反転入力端子(プラス端子)の電位は、もう見たまんまですね。

端子の電圧が分かったので、最初に示したオペアンプの式に代入してやります。

あとは、v(out)について解けば増幅率が求められます。
ついでに、Aは十分に大きいとした場合の増幅率を計算してやります。

こうしてやればAの値がいくつだろうと、抵抗の値を調整することで好きな増幅率にすることができます。
たとえば違うオペアンプに取り換えても同じ増幅率のままにできます。

一番最初に戻って、今回の回路の抵抗値を見てみると、2kΩと10kΩです。
だから、この回路の電圧増幅率は6倍ということが分かります。

次は、電流増幅。
トランジスタの部分を解析していきます!

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