オペアンプのハイパスフイルターで発振する

質問

添付の回路では発振しないのですが、利得を上げると発振します。
Ｒ４を小さくしてゲインを上げています。
５０倍程度のゲインを取るための計算方法を教えてください。
カットオフ周波数は２００～２５０Ｈｚになります。
電源は単一になります。

回答No.3

inara1 · ベストアンサー

質問の主旨（５０倍程度のゲインを取るための計算方法）を失念していました。
大きなゲインを取るには多重帰還型のフィルタにしてください。参考URLの「オペアンプ多重帰還型ハイパス・フィルタ計算ツール」を使って素子の値を決めるのが簡単です。

参考URLのページの下半分に「カットオフ周波数からCR定数の選定と伝達関数」というところがありますが、そこの「 fc = 」のところにカットオフ周波数（200～250）を入力し、その下の「 f = ∞ Hz における利得 」のところに -50 を入力して、ページ一番下の「計算」をクリックすると、C6系列のコンデンサの値とR24系列の抵抗の値を使った場合に、その特性に最も近い素子値が計算されます（この系列は変更可能です）。fc = 225Hz のとき、R1 = 180Ω、R2 = 110kΩ、C1 = 6.8uF、C2 = 0.15uF、C3 = 0.15uF となりますが、この素子を使った場合、カットオフ周波数は fc = 238.449423873 [Hz]、 f = ∞ Hz における利得は Gpk = -45.3333333333 [倍] となります。

参考URL：

http://sim.okawa-denshi.jp/OPtazyuHikeisan.htm

お礼

「多重帰還型ハイパス・フィルタ計算ツール」非常に便利なツールの紹介ありがとうございました。

回答No.2

inara1

正帰還型のHPFでは、増幅部の電圧利得の上限は3です。電圧利得をそれ以上にするとカットオフ周波数以上の周波数で正帰還がかかって発振します。

ご質問の回路の場合、R4 < 23.5kΩ のときに電圧利得が 3 を越えるので発振します。R4の値によって発振周波数は変わりますが、R4 が 23.5kΩ付近のときは340Hz（カットオフ周波数付近）、R4 が 10kΩ付近のときは250Hzくらいの周波数の矩形波が出力に出ていると思います。

正帰還型のHPFのQ値は増幅部の電圧利得で決まるので電圧利得をむやみに変えると特性が変わってしまいます。

お礼

実は実験でもＲ４が３０Ｋの時は発振しませんでしたが。
フイルター回路では利得は得られないと考えた方がよさそうです。

回答No.1

kuro804

数式的解析は他の方に任せて、概要のみ
発振の原因は、Ｒ２とＲ４が接続されている所は交流信号にとって仮想接地点で。取り扱う全ての信号に対してインピーダンスがゼロもしくはそれに近い状態でなければなりません。たぶん１０uFのコンデンサでは役不足でしょう。100uF～470uF必要でしょう。
あるいは10uFを100uFにし、R4の左側への接続を切り離し、R4の左側に47uFのコンデンサをアース間に接続します。
これで、オペアンプの中点電圧は確保され、かつ仮想接地点でのプラスとマイナス入力の結合が解消されます。
ゲンイについては必要な高域特性で十分なフィードバックが掛けられるかできまります。

補足

提示の回路図のように、Ｒ４の接続を変更しました。次にＲ４を小さくしてゲインを上げると,やはり発振するようです。
別の方法を教えてください。