OPアンプに対するバイアス回路について

質問

現在、出力インピーダンスが50Ωのパルス信号を、ＯＰアンプの非反転増幅回路で増幅をさせたいと思っています。
チップのOPアンプを使用してます。
困っていることは、出力波形にバイアス電圧をかけたいと思っているんですが、インピーダンスを20Meg（無限）にすればできるのですが、50Ωにするとどうしても出力電圧が半減されてしまい、期待通りの数値を得ることができません。なにかいいアイデアはないでしょうか？

入力波形は０Ｖ⇔３～４Ｖのパルス波で、
出力波形を2V⇔9Vのパルス波にしたいと考えてます。

ご回答のほどよろしくお願いします

回答No.6

imoriimori · ベストアンサー

150MHzで、負荷は別の筐体（つまり伝送線は数１０センチ以上はあるということでしょうから）、そうなるとマッチングしたくなるのはわかります。

えいやっとＶｏで直接ドライブしてしまって何が起きるか見るのも手かも。

狭帯域ならばＬＣ共振を利用したＬＣマッチング回路でインピーダンスを高くも低くもできます（トランスと同じ働きをします）から解になりますが、パルス波形では苦しいですね。

クランパ回路の利用はどうでしょうかねえ（クランパ回路--下記ＵＲＬなどご参照）。ｄｃ３～４Ｖの規準電位をツェナーかダイオード順電圧か何かで作っておき、クランパ回路の下の電位を規準電位につなぐ。ＯＰアンプ出力は＋－７Ｖでスイングするとクランパ回路出力は＋４～＋１８Ｖ程度のスイングになる、そこへ５０Ωを直列に入れて同軸へ。（無責任な思いつき。きっと何か問題がありそうな。かなり高速のスイッチングダイオードがいるとか、規準電位がゆれちゃうとか。。。）

蛇足ですが、150MHzのパルス波形をちゃんと扱える超広帯域ＯＰアンプ、かつそのＯＰアンプは５０Ωクラスの低負荷をちゃんとドライブできるパワフルなものでないといけないわけで、適切なＯＰアンプは見つかっているのでしょうか。どのような増幅が必要かわかりませんが、トランジスタ増幅回路のほうが確実なような気もしますが。

なにしろ問題は結構難しいと理解しましたので、私はここまで。どなたかたが良いアドバイスをくださることを期待します。

参考URL：

http://rainbow.eli.hokkai-s-u.ac.jp/~matsu/Experiment/III/Wave/

回答No.7

Teleskope

状況了解；
オペアンプはGND端子のないタイプですよね？だとすれば；
オペアンプの＋電源を必要な出力振幅+18Vをまかなえる値（例えば+20Vとか）にして、－電源はそこからオペアンプの規格範囲内の値にする。規格はどうやら±16V＝幅で32Vだから-5Vとか-12Vが可能でしょう。　次に、入力が範囲内に入ってるかを確認；例えば-5Vにしたとすると、入力信号が0Vのときは負電源から5V上ですね、これがスペック範囲内ならOKです。バイアス付与抵抗の計算はそれに合わせて。

　一般論ですが、駆動側インピマッチングは アンプが熱的にきつくないなら やっておいた方が何かといいです。

　オペアンプの質問をする人は何故か品名を書かないことが多いですね。最初から示せば的外れアドバイスや時間のムダが防げるのですが、、、

回答No.5

imoriimori

（私が勘違いして読んでいるかもしれませんが）
５０Ωのインピーダンスマッチングを行いたいということでしょうか。つまり#4様の図のVoの先に５０Ωを入れて出力インピーダンスを５０Ωとし、その先にある５０Ωの負荷をドライブしたいということでしょうか？そして５０Ωの負荷に９Ｖ出すにはＶｏとして１８Ｖが必要だと。

マッチングにこだわらねばならない特別な事情があるのでしょうか。周波数帯域が記されていませんが、とても高周波だから反射がこわいとか。負荷の５０Ωまで５０Ωの特性インピーダンスの伝送線で信号を送りたいとか。
マッチングが必要な事情があるとして、そして＋電源電圧を上げることもできないとしますと、うまい解はなかなか難しそうですね。パルストランスをかませて電圧を上げても、直流レベルが消えてしまいますし。
Ｖｏでそのまま負荷５０Ωをドライブしてしまってはほんとにダメなんでしょうか。。。。

補足

アドバイスありがとうございます。
今考えている回路ですと、出力インピーダンス(以下Zo)を50Ωとして50Ωの負荷に出すつもりでいました。

なぜマッチングにこだわるかと言うと、
まず、ある装置からZoが50Ωのパルス波を同軸ケーブルで、実装しようとしている回路にもってきて、その後50Ωの負荷の装置、、
なので、回路のZoも50Ωにすべきだなと考えていました。
信号の周波数は大体150MHzくらいです。

一応、50Ωの負荷の装置の負荷を無限(といって通じるでしょうか)にすることもできます。

最終手段としては50Ωの負荷を除くことになると思うんですが、やはりその方法しかないでしょうか？

回答No.4

Teleskope

非反転構成で出力を持ち上げるには図のように帰還路を負側に引き下げてください。どうやらシミュレータでいじってるようなので式は省略します。
目計算ですが
　　R2 = 1kΩ　として、
　　R1 = 約1.1～1.2kΩ
　　R3 = 約6.8kΩ（負電源-12Vを想定）
でしょ。

　　　┌──────┤+＼
　　　｜　　　　　　　　　｜　　>─┬── Vo
　Ro=50Ω　　　　┌─┤-／　　│
　　　｜　　　　　　│　　　　　　　｜
　　 (～)V1　┌─┼── R1 ─┘
　　　｜　　　R3　R2
　　　┷　　　｜　 ｜
　　　　　　　 ｜　 ┷
　　　　　　　Vn
　　　　オペアンプの
　　　　マイナス電源へ。例えば-12V

もし実際に回路を作ってるのなら、可変抵抗で、R1は2kΩ程度、R2は10kΩ程度。

補足

アドバイスありがとうございます。
バイアスはTeleskopeさんの方法でできますが、
No3さんの補足にも書かせていただいたのですが、
最大電源電圧が16V/-16Vのため最大値がどうしても満足いく値になりません。やはり、電源電圧以上の増幅というのは無理なのでしょうか？

回答No.3

piricara

通常、opアンプの入力側でインピーダンスマッチングをとる必要はありません。インピーダンスが高いほうが、信号装置の出力段で電流が必要なくなるので、より信号が安定するはずです。

信号装置の関係上、どうしても50Ωで入力したいのなら、非反転回路の場合、入力に並列に50Ωを接続すればいいです。

帰還は、反転入力に返しますから、必要なゲインから帰還抵抗を求めてください。また、反転入力にNo.1の方の回答通りの電圧を、信号入力の無い時(実は、信号があっても常に、同じ電圧になるんですが...)に調整できるよう半固定抵抗などで調整できる回路にします。ゲインが変わらない回路になるように工夫するか、別にゲイン調整用ボリュームが必要になる場合があります。

出力抵抗は、低いので、50Ωのドライブも可能ですが、出力電流には制限がありますので、出力電流の大きいアンプを選択するか、トランジスタで電流増幅を必要とします。

9V 50Ω ならば、180mAの電流が流れるので、電流増幅回路を設けたほうがいいですね。この場合は、opアンプの帰還回路を電流増幅の後から、返します。

opアンプの電源電圧を上げれば、N0.2の方のような回路を組めそうですが、出力電流から言って、無理かなあ...

補足

アドバイスありがとうございます。
今使用しているOPアンプの最大電源電圧は１６Vで、
それ以上は電源電圧を上げる事ができません。
この状態で、50Ωの負荷に対して2⇔9V（No2の方が言うようにOPアンプの出力は４⇔１８V必要なため）
の増幅は通常無理だと思ってるんですが、OPアンプを変えずに2⇔9Vにするアイデアがあるととてもうれしいのですが、どうでしょうか？

回答No.2

gura_

失礼ながら、根本的な勘違いをされているようですが。

　OPアンプの出力インピーダンスは、極めて低くほぼ零と考えられます。
　その出力インピーダンスを50Ωにするためには、直列に50Ωの抵抗を繋ぐことになります。

　これに、50Ωの負荷を繋いで、2V⇔9Vの波形を出すためには、OPアンプの出力電圧は、4V⇔18Vでなければなりません。↓
http://www.fnorio.com/0053power_supply1/power_supply1.htm

お礼

アドバイスありがとうございます。
gura_さんの言っていることはよく分ってます。
文章が言葉足らずで申し訳ありませんでした。

回答No.1

ymmasayan

差動アンプなら以下の方法でできると思いますが。

入力０～４Ｖ
出力２～９Ｖとします。
ゲインは７／４、バイアスは８／７(入力換算)です。

反転入力端子に－８／７Ｖをかけます。

すると入力０で（０－－８／７）×７／４＝２Ｖ
入力４Ｖで（４－－８／７）×７／４＝９Ｖです。

インピーダンスマッチングは別に考えてください。

お礼

アドバイスありがとうございます！
試してみます。