図のNIC回路について

質問

図の回路のＥ[V]が |E|>5[V] の時と |E|<5[V] でE[V]とI[mA]の関係式が変わるようなのですがどのように変わるのでしょうか？
合っているかわかりませんが自分で計算してみたら E=-RLI になってしまいE[V]の値によって関係式がどうかわるかわかりません・・・

回答No.3

xpopo · ベストアンサー

図(b)よりこのオペアンプの出力電圧Voは±15Vの範囲までしか
出せないことが条件になってます。

　次に、回路を見ますと反転入力には出力電圧をRとRLをで分圧された電圧が
印加されるようになっています。一方、非反転入力には入力電圧E(V)が直接
接続されています。

　出力電圧範囲に制限が無く、オペアンプのゲインが非常に大きいという条件
の場合は反転入力の電圧は常に非反転入力電圧に等しくなります（イマジナリー・
ショート状態）。
　この場合は、出力電圧Voは　

　　　　Vo = E(V)*(1 + R/RL) 　　　(1)

　で求められます。ここで、RL＝5kΩ、R＝10kΩ　より式(1)からVoは

　　　　Vo = E(V)*(1 + 10/5) = E(V)*3 　　 (2)

　となります。つまり出力電圧は常に入力電圧E(V)の3倍になるという関係が
成り立ちます。

　ここで、電源電圧Vccに±15Vという電圧範囲に制限　が加わりますと、入力電圧
E(V)が０～±Vcc/3 = 0～±5V　の範囲では式(1)が成り立ちます。
しかし、入力電圧E(V)がこの範囲を超えると式(1)は成立しなくなります。
　それはその場合、出力電圧が±15V以上必要になるのですが、電圧は±15Vまで
しか出せないからです。たとえばE(V)が +5.5V になった場合、出力Voは式(2)より

　Vo = +5.5V*3 = +16.5V

必要になります。しかし、出力電圧は+15Vまでしか出せません。
結果として、

　1)　E(V)が+5V以上の場合、

　　　Vo=15V一定になるので、入力電流I[mA]は

　　　　　I[mA] =(E(V) - 15V)/R = (E(V) - 15V)/10(kΩ)　　　(3)

　　となります。

　2)　E(V)が-5V以下の場合、

　　　Vo=-15V一定になるので、入力電流I[mA]は

　　　 　I[mA] =(E(V) + 15V)/R = (E(V) +15V)/10(kΩ)　　　　(4)

　3)　｜E(V)｜が5V以下の場合、I[mA]は

　　　　I[mA] = (E(V) - Vo)/R　　　　(5)

　　　で求められます。この式(5)に式(2)を代入して

　　　　I[mA] = (E(V) - 3*E(V))/R
　　 = -2*EV/10(kΩ)
　　　　　　　= -0.2*E(V)

と求められます。

お礼

詳しい説明ありがとうございます、無事理解することができました

回答No.2

rnakamra

負帰還がかかっているのでオペアンプの反転入力端子と非反転入力端子の間の電圧は"0"となるでしょう。
ただし、出力が飽和した場合は別です。この点が重要です。

反転入力端子の電圧V-は
V-=Vo*RL/(RL+R)=Vo*5/(5+10)=Vo/3
となります。出力が飽和しない条件は-15V<Vo<15Vですので
-5V<V-<5V
となります。

非反転入力端子の電圧はEです。
出力が飽和していない状態ではE=V+=V-です。つまり、|E|<5Vでは出力は飽和せず
Vo=(RL+R)/RL*V-=3V-=3E
が出力となります。

出力が飽和するとVoは+15Vまたは-15Vを出力します。符号はEの符号と同じになります。

Voの値が決まれば、上の抵抗を流れる電流はオームの法則から簡単に計算できます。

お礼

詳しい説明ありがとうございます

回答No.1

fjnobu

電源が１５Ｖですから、かわらないと思います。
どのように、かわると書いてあるのでしょう。それがあると判断でき易いのですが。

お礼

回答ありがとうございます