非反転増幅回路の特性

質問

OPアンプを用いて、非反転増幅回路（５倍）をつくり、実験をしたら、次のような結果が得られました。

電圧に対する特性：電圧を上げていくと増幅率が下がる。
周波数に対する特性：周波数を上げていくと、２０kHzぐらいから入力電圧と出力電圧の波に位相のずれが生じ始め、５０kHzぐらいから増幅率が下がり始めた。

この結果から、高電圧、高周波数範囲では増幅器としての役割を果たさないということは解りましたが、なぜそうなるのかというところが解りません。わかるかた、どうか教えてください。

回答No.2

myeyesonly · ベストアンサー

ＯＰアンプの出力電圧の振幅は電源電圧以上にはできませんから、入力電圧が高くなると当然振り切れてしまいます。ＯＰアンプの種類にもよりますが＋－１２Ｖで使ったとしてエミッターフォロワータイプなら約＋－９．５Ｖ程度、コレクターフォロワータイプやＦＥＴ出力段になっているものならほぼ電源電圧まで振れます。

増幅率が５倍なら、その１／５、約２Ｖ程度で振り切れてしまい、単純に出力電圧／入力電圧の式で計算すると振り切れて以降は、出力電圧は上がりませんから、増幅度は低下します。もし電源電圧より高い出力電圧を必要とするなら、もっと高い電源電圧の増幅器を後ろにくっつけるか、交流ならトランスを使って帰還ループもそこから取る必要があります。

ちなみに最大出力振幅は、エミッターフォロワで、電源電圧－２．５Ｖです。

それから周波数特性ですが、周波数が高くなってくるとＩＣの中のトランジスタの中にあるＰＮ接合面に生じるわずかな静電容量（要するにコンデンサ）の影響が出て来ます。例えば１００ｐＦの接合面容量があったとして、５０ＫＨｚでおよそ３０ＫΩの抵抗と同じになります。これがトランジスタのベースエミッタ間の容量ならば、入力に並列に３０ｋΩの抵抗が入ったのと同じになり、入力インピーダンスや帰還抵抗の計算に対する影響が無視できなくなります。周波数が高くなればなるほどこういう影響は派手になり、やがては増幅器として機能しなくなります。おおまかで、原因はこれだけじゃないけど、大体こんなお話だと思います。ですから、高周波用や高速動作のものはＩＣの段階からそれなりの作り方をします。

お礼

ありがとうございます。勉強不足で説明頂いた部分で解らないところもありますが、なんとかレポートが書けそうです。

回答No.3

ymmasayan

既に皆さんがお書きになっている通り、元凶は浮遊キャパシティでしょう。これによって、負帰還をかけても完全に補償できず周波数特性を持ってしまいます。
少し難解ですが、下記ＵＲＬが有ります。感じだけでもつかんで下さい。
高周波領域で使うなら、それなりのＯＰアンプを選定し、それなりの対策を講じる必要が有ります。

参考URL：

http://www.ec.ss.titech.ac.jp/~nisimura/page_ana/tips/enemy.html

お礼

ありがとうございます。これでレポートが書けそうです。

回答No.1

akino4

それはあなたの使ってるOPアンプが理想オペアンプではないからっていうのが
一般解になるかな、実際にはOPアンプといえどもトランジスタと抵抗のあつまり
なんで、寄生コンデンサ容量が無視できません。多分これが一番おおきい。
まぁ、他にも配線のL成分とかあるけど、たかだか50kHzじゃでないかな

OPアンプのデータシートをみれば、その辺の特性と推奨周波数帯域とか
書いてあるでしょ？

お礼

あろがとうございます。参考になりました。