オペアンプのオフセット電圧の考え方について質問です。

質問

オペアンプのオフセット電圧の考え方について質問です。

図の反転増幅回路で、
入力がないときに、出力がVoutだったとします。
このとき、(V-)と(V+)間のオフセット電圧Vosは、
　Vos=(V+)-(V-) = Vout/A です。
（Aはオペアンプの裸利得）
いまV+は接地されているので、
　(V-) =-Vout/A
となるはずです。

しかし、いま、この回路は反転増幅回路であるので、
　Vout = -Rf/Rin * (V-) = Rf/(Rin*A) * Vout
となり、Rf/(Rin*A) =1 という式が導出され、
おかしなことになります。

考え方のどこが間違っているのでしょうか？

回答No.4

tadys · ベストアンサー

＞いまV+は接地されているので、
　(V-) =-Vout/A
となるはずです。
VoutからV-に負帰還がかかっているので (V-) =-Vout/A にはなりません。

Vinがオープンの場合には100％の負帰還になるので (V-) = Vout です。
オフセットがない時には (V+) = (V-) = Vout になります。
オフセットが有る場合には (V+)＋Vos = (V-) = Vout になります。
（V+) = 0 ならば、 Vos = (V-) = Vout です。

お礼

Vos*A = Vout
という式は、
本当の利得を計算するときに用いる式なだけで、
実際そうなっているわけではないっぽいですね。

>Vinがオープンの場合には100％の負帰還になるので (V-) = Vout です。
>オフセットがない時には (V+) = (V-) = Vout になります。
>オフセットが有る場合には (V+)＋Vos = (V-) = Vout になります。
>（V+) = 0 ならば、 Vos = (V-) = Vout です

わかりやすい回答ありがとうございます。
ためになりました。

回答No.3

tadys

＞入力がないときに、出力がVoutだったとします。
Vosがどこに入っているのかというと、Vosは＋端子と－端子の間に入っていると見なせます。
この場合、RinとRfの接続点～－端子～Vos～＋端子～Gnd は直列になっています。
直列の場合、順番を入れ替えても同じことなので
RinとRfの接続点～－端子～＋端子～Vos～Gnd としてもかまいません。
そうすると、この回路はVos が＋端子に入力された非反転増幅回路になります。

さて、これを踏まえて、
「入力がないときに」という事についての考えが曖昧なことが混乱の原因です。

「入力がない」については、「Vinがオープン」、「Vinがゼロボルト」の二つの解釈が成り立ちます。

Vinがオープンであれば、Rinは無い（無限大）のと同じです。
この場合、100％の負帰還がかかることになるのでゲインは１です。

Vinがゼロボルトであれば、＋端子から見たゲインは（Rin＋Rf)／Rinになります。

どちらにしろ、Vos=(V+)-(V-) = Vout/A にはなりません。
このようになるのはRfが無限大の時だけです。

お礼

＞RinとRfの接続点～－端子～Vos～＋端子～Gnd は直列になっています。
＞直列の場合、順番を入れ替えても同じことなので
＞RinとRfの接続点～－端子～＋端子～Vos～Gnd としてもかまいません。

とのことですが、入れ替えると－端子と＋端子間の電位差が変化するので、
等価ではなくなり、オペアンプ出力が変わると思いますが、どうでしょうか？

＞どちらにしろ、Vos=(V+)-(V-) = Vout/A にはなりません。
＞このようになるのはRfが無限大の時だけです。

下にも書きましたが、
”http://markun.cs.shinshu-u.ac.jp/learn/OPamp/invop.html”
のサイトにもあるように、
反転増幅回路の利得-Rf/Rsを計算する際、
Rf,Rsで負帰還をかけている時に、
(V+)-(V-) = Vout/A　の関係を用いて利得を計算しています。
この導出の仕方も間違いだとおっしゃっているのでしょうか？

回答No.2

tance

なるほど。Aを裸ゲインだとするなら式が違います。
V+は最初から０だとして、以下の式ならAを裸ゲインと見ることができます。

(V-) + Vos = Vout / A

そして、帰還路には電流が流れないという仮定ですので、

(V-) = Vout

が成り立ち、前記の式と連立で解くと、

Vout = -Vos　　（Vosの極性は定義次第）

となります。

間違え易いところは、オフセット電圧は等価的に入力に存在する
誤差電圧源と考えますが、あくまで、入力電圧差に対して、OPの内部で
足される（または引かれる）電圧である、というところです。

Vos = (V+) - (V-)

としたところに飛躍があります。

お礼

回答ありがとうございます。

>Vos = (V+) - (V-)
>としたところに飛躍があります。

ですか。。
原理的にこうだと思ったのですが、
どうやら違うっぽいですね。。
ありがとうございました。

回答No.1

tance

入力が無いときというのが、入力オープンという意味なら、
Vos=Vout/A のAは閉ループゲインである１となります。
ここを裸利得と考えたところが間違いです。Rfがつながっている以上
100%負帰還がかかっています。

もちろん上記は入力バイアス電流は無視した議論です。

お礼

回答ありがとうございます。

Vos=Vout/AのAを裸利得と考えたのが間違い、との回答ですが、
”http://markun.cs.shinshu-u.ac.jp/learn/OPamp/invop.html”のサイトにもあるように、
反転増幅回路の利得-Rf/Rsを計算するときも,
A*( (V+) - (V-) ) = Vout
という式を使いますよね。
このAは裸利得のはずです。

間違いではないような気がしますが、
どうでしょうか？