オペアンプ 信号源インピーダンスの影響

質問

オペアンプの反転増幅回路において、信号源インピーダンスの影響はあるのでしょうか？
通常は帰還抵抗や入力抵抗がkΩと大きいため、50Ωは無視出来ます。仮に入力抵抗が100Ωと小さい場合は影響を受けるのでしょうか？私の予想としては増幅率＝－帰還抵抗/（入力抵抗+50Ω）になると思うのですが、どうでしょう？

単にインピーダンスの大小関係だけを論点にします。オペアンプは無限の電流を流す能力があると仮定します。

回答No.1

tadys · ベストアンサー

反転回路の増幅率というのは「出力端子の電圧÷入力抵抗の端子電圧」ですから信号源インピーダンスの影響で増幅率が変わる事はありません。

ただし、信号源から取り出せる電圧は入力抵抗の影響を受けて変わります。
信号源インピーダンスが50Ωで入力抵抗が10kΩでは取り出す電圧は10k／（50＋10k）ですが
入力抵抗を100Ωにすれば100／(50＋100) と小さくなります。
無負荷の信号源電圧に対する増幅器の出力電圧は入力抵抗が小さければ小さくなりますが、通常それを増幅率が小さくなったとは言いません。

反転増幅器の出力電圧が信号源インピーダンスの影響を受けるかという話なら影響を受けます。

お礼

ありがとうございます。
定義はともかく、物理現象としては私の考えと一致します。

回答No.6

electron11

信号源（内部抵抗50Ωの信号源側）から見たら　
50Ω＋反転増幅回路の入力抵抗　が利得の分母に入りますので当然影響します

でも50Ωの出力端子側と入力抵抗との接点から見たら影響しません　

通常　50Ωの信号源側は見えませんので触れる事は出来ません50Ωの外側が出力端子になってます
出力電圧は同じインピーダンスで終端した時　規定の出力となりますから
違うインピーダンスで終端しますと違った電圧になります
反転アンプの入力抵抗端に接続した場合　入力抵抗が100Ωでは100Ωで終端した事になります
この場合　先述のように入力抵抗の入力側端子から見たら利得は変わりません
50Ωの信号源側端子から見たら変わる訳です（50Ω＋100Ωが入力抵抗となる）

つまり何処を視点とするかで違うのですが出力端子しか出てませんから此処を視点とします
従って入力抵抗と帰還抵抗のみで決まります
入力抵抗が内部抵抗50Ωより十分大きいときはどちらでも殆ど同じになる訳です
これを利用すると内部信号源電圧が解る訳です　
簡単には無負荷にし　ハイインピーダンスで端子電圧を計ればそれが信号源電圧となります
AC DC関係なく計れます　負荷を繋いで測れば分圧比から内部抵抗が解ります。

お礼

ありがとうございます。
増幅率なので、入力を何処に設定するかで値が変わるということですね。

回答No.5

bogen555

> 増幅率から外れて「出力電圧は信号源インピーダンスの影響を受けるか？」と問われたらYes/Noどちらですか？
> 私はYesと思ってますが。
何度も書いたように、「仮想接地が維持されている」限り、Viを一定にすれば、「出力電圧は信号源インピーダンスの影響を受けません」
Vsを一定にすれば、「出力電圧は信号源インピーダンスの影響を受けます」
条件と定義を明確にすれば、疑問の余地はないと思いますが？

質問者は設計経験が無いと思いますが、設計では先ず要求仕様を明確にします。
要求仕様のなかでは、条件と定義を明確にする必要があります。
条件と定義を明確にしないと、設計自体ができません。
下でも書いたように、たいていの場合、信号源電圧Vsを重視するんで、信号源抵抗が誤差の元だから、入力段には非反転増幅回路を使う場合が多いです。

> 信号源インピーダンスの影響が無いと何故言えるのでしょうか？
上に書いたとおり、「仮想接地が維持されている」限り、Viを一定にすれば、「出力電圧は信号源インピーダンスの影響を受けません」

> セミナーでは確認実験をしてません。
自分で実験してみたらどうでしょうか？
電気・電子回路は理論どおりに動くんで、自分の考えと違っていたら自分が間違っていたことに気づきます。
こうすると、セミナーで教わったことが身につくわけで、セミナー代金が何倍にもなって帰ってくるわけです。

お礼

信号源インピーダンスの影響を知りたいという質問に、Viをわざわざ一定にするという条件を入れるというのが理解不能です。定義ばかりに凝り固まって「○○の定義だから～」原理原則の理解の妨げになりますよ。

定義が○○だから
仕様が○○だから

「「「「再３書きますが、定義を問う質問ではありません。」」」

言いたいことは分りますが、そんな事は尋ねてません。また、与えられた仕様ばかりに囚われてるとロクなことになりません。会議の場が想像出来ます。「信号源インピーダンスは影響しないの？」「定義がこうだから影響しません」

新入社員に行う研修とやらでも、このような説明をしているのでしょうか？
あまり定義にとらわれ過ぎず、「信号源インピーダンスの影響はあるのか？」素直に一言「動きますよ」と言えばいいのに「（信号源の出力を一定に調整してるから）影響ない」などと言うのは相手の誤解を誘導する回答です。定義を明確にしてるから正しいとの自己弁護的な主張では、いくら正しくとも相手は理解してくれないでしょう。

補足

すみません、書き忘れました。
＞条件と定義を明確にしないと、設計自体ができません。
仕様は、基礎検討では存在しないことが多いです。条件や定義は自ら設定することになりますが、それより重要なのは物理現象の理解です。私が質問しているのは条件をギッチリ決めた明快な仕様値の回答ではなく、物理現象の説明です。

回答No.4

bogen555

> 増幅率の計算を出したのは、例えば増幅率にどのように利くかを予想しただけのことです。
> 増幅率の定義を問うものではありません。
A#2で回答したように、増幅率の定義によって信号源インピーダンスの影響があるか否かは決まります。
[2] Vo=-Vi*Rf/Ri
で増幅率=Vo/Vi=-Rf/Riなら、信号源インピーダンスの影響は全くありません。
とあるセミナーでそのように定義され実験していたなら、それは「仮想接地から外れたから」からでしょう。
その場合、帰還抵抗/入力抵抗＝一定で抵抗値を変化させたときにも、Viを一定にしないとVoが変化するのは当然です。

別スレで紹介したこの本に
http://www.amazon.co.jp/dp/4789837483
帰還増幅器に関する名言「サミング・ポイントはすべてを語る」が紹介されています。
従ってサミング・ポイントつまり、オペアンプの反転入力端子をオシロで観測すれば「仮想接地から外れ」たかどうかは一目瞭然です。
そのセミナーではオシロでサミング・ポイントを観測しなかったんでしょうか？

お礼

増幅率から外れて「出力電圧は信号源インピーダンスの影響を受けるか？」と問われたらYes/Noどちらですか？私はYesと思ってますが。

＞そのように定義され実験していたなら、それは「仮想接地から外れたから」からでしょう。
信号源インピーダンスの影響が無いと何故言えるのでしょうか？セミナーでは確認実験をしてません。

回答No.3

bogen555

> 興味が無いという意味です。単にお勉強の範囲で質問したに過ぎないので、VsかViかの議論には興味ありません。
それやったら、
「私の予想としては増幅率＝－帰還抵抗/（入力抵抗+50Ω）になると思うのですが、どうでしょう？」
は定義の問題だから、
１．増幅率＝－帰還抵抗/（入力抵抗+50Ω）
２．増幅率＝－帰還抵抗/入力抵抗
がどっちであっても「興味ありません」とゆうことでしょうか？
質問の意図がわからないんですが？

勤務先で新入社員に教えてますが、その場合には信号源電圧を重視するんで、信号源抵抗が誤差の元だから、入力段には非反転増幅回路を使う場合が多い。非反転増幅回路の欠点はこうだから、反転増幅回路を使う場合もある。反転増幅回路の入力抵抗を増加させるにはブートストラップ（正帰還）回路を使うこともある等々とやってます。

お礼

再度ありがとうございます。
質問の意図は、あくまで信号源インピーダンスの影響があるか否かを問うものです。
増幅率の計算を出したのは、例えば増幅率にどのように利くかを予想しただけのことです。増幅率の定義を問うものではありません。

ぶっちゃけて言うと、、、
とあるセミナーでの出来事で、帰還抵抗/入力抵抗＝一定で抵抗値をだんだん下げたら出力電圧が変化する実験を行い、その原因が「仮想接地から外れたから」と結論付けられてました。私がそれに疑問を持ったのが発端です。データシートを見る限り電流値に問題は無さそうでした。で、信号源インピーダンスの影響ではないかと考えたのです。

回答No.2

bogen555

つまり、こうゆうことですね。
信号源電圧を開放時Vs、信号源内部抵抗をRs、反転増幅回路の入力抵抗をRi、帰還抵抗をRf、出力電圧をVoとすると
[1] Vo=-Vs*Rf/(Rs+Ri)
ここで、RsとRiの接続点の電圧をViとすると
Vi=Vs*Ri/(Rs+Ri)
[2] Vo=-Vi*Rf/Ri
ゲインGをどう定義するかですが、システム上の要求としてはVsを知りたいことが多いです。
そうなると、[1]式から定義する方が要求に沿うことになります。
従って、
G=-Rf/(Rs+Ri)≒-Rf/Ri
ただし　Ri>>Rs
でしょう。
システム上の要求としてVsはどうでもよく、Viを知りたいんだったら、
G=-Rf/Ri
だけど、どんな場合にそうゆうことがあるんでしょうね？

お礼

ありがとうございます。
舌足らずで申訳ありません。「定義はともかく」と書いたのは、納得してないの意ではなく興味が無いという意味です。単にお勉強の範囲で質問したに過ぎないので、VsかViかの議論には興味ありません。