Op Ampの周波数特性について

質問

入力電圧が一定で、周波数を上げていきます。すると出力電圧がある周波数を境に下がっていきます。例えば２００ｋＨｚまでは出力電圧は一定なのに２３０ｋ、２５０ｋと周波数を大きくするにつれて出力電圧は下がっていきます。これは何故なのでしょうか？本を読んだりして調べたのですがさっぱりでした・・・どなたかなるべくわかりやすく教えてください。お願いします。

回答No.2

paddler · ベストアンサー

どのくらい易しいレベルまで落として説明するかによって説明が大きく変わってくると思いますが、（多少厳密性は犠牲にしても）最も易しく説明してみます。

周波数特性の一番分かりやすい例として、積分回路があります。最も簡単なモノは抵抗Ｒ１本が入力信号に直列に入っていてその後にコンデンサーＣ１個が並列に入っているという回路ですね。この回路にＲＣで決まる時定数より十分低い周波数の交流信号が入ってくると、コンデンサーでは充電→放電→充電・・・のサイクルが十分追従できますから、出力は入力とほぼ同じモノが得られます。しかし、入力信号の周波数が高くなってくると、その変化に追いつけません。積分回路の時定数は固定なのですから。結果、出力信号は交流分がなまった（平滑化された）信号になりますね。これってゲインで言うと低くなった状態ですね。このように時定数固定の積分回路のゲインはある周波数から低下する訳です。また、位相が変化してしまうことにも着目してくださいね。

ここまでは理解できますよね？

増幅器も同じですよ。トランジスタにしても寄生容量とかこのような「時定数」として働くモノがあるので、同じような高域で減衰する特性となるのだと思います。

回答No.4

angkor_h

opampは図示すると三角ですが、実際には浮遊容量が存在し、これが影響しています。どこまで一定でどこから下がり始めるかは、内部や外部の回路諸元、浮遊容量(もちろん外付け容量も含みます)で決まります。

ご質問の「例えば２００ｋＨｚまでは出力電圧は一定なのに」は、内部回路で帰還をかけて平坦端特性を出しているからです。

RC直列回路に信号を加えて、Cの両端電圧対周波数特性を計算してみてください。無帰還増幅器と同じです。
R<<Zcでは(ほぼ)平坦ですが、R>>Zcになると一定傾斜で下がります。
下がり始める条件は何か、その後一定傾斜なのはなぜかが理解出来ると思います。

回答No.3

nano_cat

あなたと向かい合って、私の指の通りに首を左右に振ることにします。
「右　　左　　右　　左」　もっと早く。
「右　左　右　左」　もっと早く。
「右左右左」　もっと。

いつか物理的な限界がきます。１秒間に２回振れても、１秒間に１０回は振れないでしょう。それは首の骨や筋肉などの構造からくる制限です。

半導体の中でも同じ。高速に電子を動かすにもやはり限界があります。

スイッチングも増幅と同じ（語弊がありますが、トランジスタのふるまいとして同じ）です。パソコンのクロックが1GHzになり2GHzになり、とだんだん苦労して上がっているでしょう？　まだ当分100GHzのクロックのパソコンは出てこないでしょう。それも同じ理由です。

回答No.1

AC120V

開ループゲインの周波数特性を見ると
例えば 4558 の場合
開ループゲインは、DC ～ 10Hz まで 110dB ですが 10Hz より先は 6dB/oct の傾斜でゲインが下がっています。
なので、仕上がりゲインを 20dB で設計するとフラットな帯域は 300kHz 程度になります。
さらにスルーレートが低いので出力電圧を高くすると、高い周波数で波形がひずみフラットな帯域は狭くなります。
帯域を広げるには、ゲイン帯域幅の広い LF357A 等を使用するのが良いでしょう。