非反転増幅回路にて、帰還部の抵抗R1とR2を求めるにはどうすればよいのでしょうか？

質問

オペアンプ、非反転増幅回路についての質問です。

非反転増幅回路の電圧増幅度Avは、帰還部の抵抗R1,R2を使い、
1+R1/R2　で決定しますが、
このR1とR2の値はどのように決定すればよいのでしょうか？

比だけでいうなら、例えばR1,R2ともに、数メガオームや、数オームでもいいように思えます。
しかし、実際はこのような値になることはなく、数十キロオーム～数百キロオームとなっています。
これはどのような計算によって導き出されるのでしょうか？

わかりにくいかもしれませんが、どなたかよろしくお願いします。

回答No.1

anachrockt · ベストアンサー

Avが1+R1/R2だと，反転入力と出力間の抵抗がR1，反転入力とGND間の抵抗がR2ですね．
厳密な計算はありませんが，R1+R2がオペアンプの負荷になりますから，
ここの3ページ「最大出力電圧対負荷特性例」から，最大出力電圧を大きくするよう
http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedia.do?_mediaId=945
に数キロオーム～数十キロオームにします．
2ページの入力バイアス電流1500nA＝1.5μAによるオフセット電圧を1mV以下とすると，
R1//R2（//は並列の意）は666Ωとなります．
また抵抗の熱雑音は√(4kTfR)ですから，増幅帯域幅fを広くする場合は，
R＝R1//R2を小さくしないと，出力雑音のほとんどが抵抗雑音になります．

まとめると，次の3つの条件から，適当な値を選びます．
1.最大出力電圧を大きくする
2.入力バイアス電流によるオフセット電圧を小さくする
3.抵抗雑音を小さくする

お礼

まさかこんなに早く回答が得られるとは思っていませんでした。
とても参考になる回答、ありがとうございました。

回答No.2

inara1

非反転増幅回路の場合、一般的には以下の２つの条件を両方満たす抵抗値とするのが良いと思います。

　　（１）　R1 と R2 は共に 10Ω～100kΩの範囲
　　（２）　R1 + R2 > 1kΩ

（１）の条件については、R1 や R2 が10Ω以下だと、配線抵抗による誤差が大きくなるためです。R1 と R2 を100kΩ以上にしないのは、OPアンプの入力容量（数pFある）や、R2 の浮遊容量（抵抗と並列に数pFのコンデンサが入ったような等価回路になる）の影響で、高周波特性が悪くなったり、ピークが発生したりするからです。（２）の R1 + R2 > 1kΩ というのは、OPアンプ重い負荷をかけないようにするためです。R1 + R2 が小さいと、OPアンプの出力電流が増えて、出力電圧範囲が小さくなったり、最悪の場合、最大定格を越えてしまいます。

バイポーラ型のOPアンプ（LM358、LF356、TL072など）では出力電流の最大値が 1mA を超えないようにしたほうがいいです。最大出力電圧を Vmax [V] 、R1 と R2 の単位を Ω としたとき、出力電流の最大値は Vmax/(R1+R2) [A] となりますが、これが 0.001 未満（ 1mA未満 ）となるようにします。CMOSタイプのOPアンプの場合は、出力電流の最大値はなるべく 0.1mA 未満に抑えたほうがいいと思います（出力抵抗が大きいのでVoutが低下しやすい）。

利得1のバッファとする場合は、R1 = ∞（何もつながない）、R2 = 0 （-入力と出力を短絡）としてください（利得=1で安定なOPアンプに限ります）。利得が 2～100 の範囲なら R1 = 1kΩ、R2 = 1kΩ～99kΩ、利得が 100～1000なら R1 = 100Ω、R2 = 9.9kΩ～99kΩ とするが良いと思います。利得が 1000 より大きい回路は周波数特性が良くないので、ＯＰアンプ１段で構成するのはお薦めしません（２段構成にしたほうがいい）。

お礼

具体的な数字を出していただき、とても参考になりました。
ありがとうございました。