OPアンプを使った電流電圧変換器に関する質問

質問

OPアンプを使った電流電圧変換器に関する質問です。

例えば、OPアンプの電圧の上限は大体±10Vほどで、1MΩのフィードバック抵抗により、10^6V/Aの変換率にしたとします。

この状態では10uA流れると10Vの信号が発生することになりますが、
もし100uAの電流が流れた場合にはどうなるのでしょうか？

１．100uAの電流は流れることが出来るが、電圧は10Vで飽和する
２．10uA以上の電流は流れることが出来ない

どちらが正しいのでしょうか？

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

「バイポーラトランジスタに関する質問」でお答えした者です。
ご質問の主旨はPDに強い光を入れたときにオペアンプが壊れるかどうかということでしょうか。
オペアンプの内部構成によって若干違います。PDのバイアス電圧がオペアンプの電源電圧より高いという前提でお答えします。

入力端子間に保護ダイオードが入っているオペアンプ（差動入力範囲が±0.7Vなどと書いてあるオペアンプ）場合、オペアンプの出力電圧が飽和してバーチャルショートが崩れたとき、反転入力端子（PDにつながっているほう）の電圧が0Vより大きくなるので、保護ダイオードを通じて非反転入力端子（GND）に電流が流れます（OPアンプに流れこもうとしても流れることが出来ないということにはなりません）。この電流が入力電流の絶対最大定格を越えなければ大丈夫です。

入力端子間に保護ダイオードが入っていないオペアンプ（同相入力範囲が±30Vなどと書いてあるオペアンプ）の場合、反転入力端子の電圧が電源電圧+0.7V を超えると、反転入力端子から電源端子に電流が流れます（この場合もOPアンプに流れこもうとしても流れることが出来ないことにはなりません）。この電流が入力電流の絶対最大定格を越えなければ大丈夫です。

バーチャルショートが崩れたときの反転入力端子 Vin の電圧は、オペアンプの出力電圧の飽和値を Vs ( < 0 ) とすれば
　　　　Vin = Vs + i*R
となります。i はPDの光電流です。Vs = -10V、R = 1MΩなら i > 10μA のときにバーチャルショートが崩れ、i の増加とともに Vin が 0V から上昇します。この電圧の許容値は、保護ダイオードが入っているオペアンプ場合は 0.7V くらい、保護ダイオードが入っていないオペアンプ場合は、正の電源電圧+0.7V くらいになります。Vinがこの許容値を超えたとき、ＰＤの電流の増分はオペアンプの入力端子に流れる電流になります。入力端子の許容電流は数mA程度ですから、PDの電流が数mAとならない限りオペアンプは大丈夫です。PDの電流がそれを超える恐れがあるときには、オペアンプの入力部分に何らかの保護回路をつけるほうがいいでしょう。

オペアンプの型番は分かりますか。

回答No.5

angkor_h

> １．100uAの電流は流れることが出来るが、電圧は10Vで飽和する
100uAが1MΩに流れると100Vになるので、これはありえない。この電圧源そもそもがない。

> ２．10uA以上の電流は流れることが出来ない
こちらが正しい⇒電圧は10Vで飽和する。
電流原が定電流供給であれば、そちらが飽和して、定電流動作領域を外れる。

いずれにせよ、この回路はオフセット電流(その他温度、湿度、手垢)の影響を受けて精度がよくない…勉強用ならば、というところでしょう。

回答No.4

otto0001otto

こんにちは。

最初の１．２の答えとしては、
100μＡでも流れます。
ただし、電流は入力端子から保護ダイオードを通り電源
回路へ流れます。
電源負荷が軽ければ電源電圧を押し上げて回路全体が
破壊される危険性があります。
（よくある失敗例です）

ＰＤの場合では解放電圧がそれほど高くはないので、
故障の危険性はありません。
。

回答No.3

KEN_2

通常のOPアンプ一般論で回答します。

１．100uAの電流は流れることが出来るが、電圧は10Vで飽和する
その通り電源電圧で飽和します。

２．10uA以上の電流は流れることが出来ない
OPアンプの入力電流限界まで流れます。
通常数十mAまで流れても破壊しません。
入力に保護Diが挿入されているタイプでは、Diが破壊するまで流れます。
（数100mA程度は流せます。）

OPアンプの品種で多少異なりますが、一般に通常の使い方で故障しないように
考慮されています。

回答No.1

rnakamra

電流源により変化します。
もしこれが負荷にかかわらず一定の電流を流すことができる電流源であれば極端な話OPアンプを破壊してでも100uA流します。ただし、出力電圧が100Vになるわけではありません。
(バーチャルショートが成り立たなくなるため)

フォトダイオードのようなほとんど電圧が無いような電流源の場合、10Vまでしか出力できません。

お礼

回答ありがとうございます。

つまり、前者の場合だとOPアンプの入力端子にも電流が流れ、OPアンプを破壊するということでしょうか？

後者の場合だと、どうなるのでしょうか？
例えば100uA分の光がフォトダイオードに入って、OPアンプに流れこもうとしても、流れることが出来ないため、フォトダイオード内に電荷が蓄積していくのでしょうか？