OPアンプの仮想接地の正確な説明

質問

OPアンプの内部回路(図)を用いて、正確にオペアンプの仮想接地を説明できる人っていますか？

回答No.8

bogen555

先ず、「仮想接地」は一面的であり、「仮想短絡」と言うほうが適切だとゆうことは理解できたでしょうか？
次に、内部回路図から説明できることは、OPアンプのデータシートに載っている「数値」だとゆうことはわかりますか？
データシートには「仮想短絡または'Virtual short'」は載っていません。
なぜ載っていないかと言えば、使用者この場合質問者が決めることだからです。

そこで、質問者は「仮想短絡」と言う場合、「0V±何V以内」と考えているんでしょうか？
具体的な数値を出さないと、内部回路図からの説明はできません。

お礼

接地とグラウンドとアースの区別もついてますが？
もちろん接地と短絡も。

私の質問文をよく読んでください。
言葉を改めると「仮想短絡を正確に説明できますか？」
なぜこれに質問で返されなければならないのでしょうか？

具体例ではなく一般論を述べているだけでしょう？
回答者が必要と判断したならば、具体的には「…という仮定をすると～…となる。」のような答えが回答になるとは思いませんか？

具体的な数値を求めたのはそのためです。

回答No.7

178-tall

>…質問文を理解せずに回答を行ったということでよろしいでしょうか？

「質問文」が「理解困難」なのは確か。

狙いは説明されず、探りをいれても拒否ばかり、ではネ…。

はじめ、「OPアンプの内部回路(図)を用いて」説明できるか？…と訊かれているように感じました。
内部回路だけでは不可能らしいので、直感的に No ! といいたくなる。

「仮想接地」の実現条件を考えるだけでも、外部接続を勘案せずには、できそうもありません。

お礼

ありがとうございます。

＞「質問文」が「理解困難」なのは確か。
＞「仮想接地」の実現条件を考えるだけでも、外部接続を勘案せずには、できそうもありません。

なぜ理解困難なのですか？
「「仮想接地」の実現条件がある」ということも立派な説明になるんじゃないですか？
それを具体的に列挙していけばいいことでしょう。

例えば、具体的に集中定数回路と分布定数回路の両方で分けて説明すればいいことじゃないのですか？

もちろん分布定数回路となるような周波数帯では、電気長の関係上、仮想接地(あえてこう言います)は成り立たないことは自明ではないですか？

なぜ責任逃れ的な回答なんかするのでしょうか。

補足

質問文の「OPアンプの内部回路(図)を用いて」というのは、少くとも内部回路が両端子を同電位にする説明のために必要であるから書いているだけであって、質問の主題は「仮想接地(あくまでこう記述する)を正確に説明できますか？」です。

回答No.6

bogen555

> なぜ-60dBなのでしょうか？
例に挙げただけで、僕に訊かれても困ってしまうんですが。
「仮想短絡：２端子の電位が等しく、直接導線で接続されていると考えてもよいこと」から電位が等しいとは「0V±何V以内」かは質問者の決めることでしょう。
質問者は「仮想短絡」と言う場合、「0V±何V以内」と考えているんでしょうか？
具体的な数値を出さないで質問に質問で返されても、答えようがありません。

> 信号レベルと<v^2>=4kbTRfの熱雑音と信号レベルを考慮したものなのでしょうか？
何度も言うように単なる信号レベルです。

> それとも回路を制御系として考えた場合の外乱と応答速度の問題なのでしょうか？
> または商用電源系でのリプル除去限界なのでしょうか？
意味不明です。

紹介した Gray & Meyerの名著は多分読んでもわからないと思うんで、これ読んだらどうでしょう。
http://www.amazon.co.jp/dp/4274210634/
http://www.amazon.co.jp/dp/4274213935
2冊を併読すれば、6日で電気回路と電子回路の基礎が身につきます。

お礼

つまり、あなたは質問文を理解せずに回答を行ったということでよろしいでしょうか？

回答No.5

bogen555

入力端子間電圧は計算間違いがありました。
還相差から言えるのは仕上がりゲインの誤差ですね。
入力端子間電圧はオープンループゲインから考える必要があります。
出力振幅の-60db（0.1%）以下の電圧（Vo=±10Vに対して±10mV）が入力2端子間に表れる時までを「仮想短絡」と考えれば、オープンループゲインからDC～約60kHzまでは「仮想短絡」が成立していると言えます。
これを、出力振幅の-40db（1%）以下の電圧（Vo=±10Vに対して±0.1V）が入力2端子間に表れる時までを「仮想短絡」と考えれば、オープンループゲインからDC～約400kHzまでは「仮想短絡」が成立していると言えます。

お礼

なぜ-60dBなのでしょうか？

信号レベルと<v^2>=4kbTRfの熱雑音と信号レベルを考慮したものなのでしょうか？

補足

それとも回路を制御系として考えた場合の外乱と応答速度の問題なのでしょうか？
または商用電源系でのリプル除去限界なのでしょうか？

回答No.4

bogen555

何を言いたいのかわからないんですが。
先ず用語の定義は、
１．接地：端子をグラウンドに接続すること
２．仮想接地：端子の電位がグラウンドの電位と等しく、接地したと考えてもよいこと
３．短絡：２端子が直接導線で接続されていること
４．仮想短絡：２端子の電位が等しく、直接導線で接続されていると考えてもよいこと
で良いんですよね。
OPアンプの場合は、ここの(1)反転増幅回路が「仮想接地」、(2)非反転増幅回路が「仮想短絡」で、両者を共通の概念で表せば「仮想短絡」になるとゆうことで良いんですよね。
http://www.picfun.com/partops.html
こちらを見ると、反転増幅回路でも非反転入力とグラウンド間に抵抗が入っているから、正帰還を除いてもみんな「仮想短絡」ですね。
http://semicon.njr.co.jp/jpn/PDF/application_notes/OP_AMP_APP_J_REL.pdf

で、質問者は入力端子間電圧が出力電圧の何％（またはdB）で、「仮想短絡」と考えているんでしょうか
例えばこのOPアンプの場合、Vo=±10Vでゲインが100V/mV(=100dB)だから、
http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/ne5534.pdf
Vo=±10Vとして、仕上がりゲインを40dBとすると、Figure 3から還相差はDC～300Hzまでは60dB、以降-20dB/divの一次ロールオフ特性で低下し、約400kHzで0dBになります。
ここで、出力振幅の-60db（0.1%）以下の電圧（Vo=±10Vに対して±10mV）が入力2端子間に表れる時までを「仮想短絡」と考えれば、還相差からDC～300Hzまでは「仮想短絡」が成立していると言えます。
これを、出力振幅の-40db（1%）以下の電圧（Vo=±10Vに対して±0.1V）が入力2端子間に表れる時までを「仮想短絡」と考えれば、還相差からDC～約6kHzまでは「仮想短絡」が成立していると言えます。
このように「仮想短絡」はOPアンプの内部回路に立ち入らない「機能ブロック設計」での概念で、OPアンプの内部回路に立ち入れば「仮想短絡」ではなく、オープンループゲイン（NE5534では100dB）と周波数特性、外部帰還回路による還相差によって特性が決まります。
入力2端子間の電圧が何Vまでを「仮想短絡」とするかは、使用者が決めることで、内部回路の設計者が決めることではありません。

回答No.3

178-tall

>内部のことに言及しないあなたの回答を見てこの質問を立てました。

なるほど。
その「回答」では、確かに「OP アンプ」のポートを説明の起点としてます。

「立式条件」の説明を求められれば、内部回路(図) の方へ立ち入ることになったのでしょうネ。
(ポート外の説明はそのままキープできそう)

ご質問の狙いは、「内部回路(図) からスタートすれば <ポート外の説明> なんぞ不要だろう」… ということでなのしょうか？

お礼

私は仮想接地を説明していただきたいと質問文に書いたつもりですが…

回答No.2

178-tall

>OPアンプの内部回路(図)を用いて、正確にオペアンプの仮想接地を説明できる人っていますか？

「いらっしゃらない」と愚考します。

参考 URL の解釈例。
　　　　　↓
「オペアンプの仮想接地」は、OP アンプのゲインが十分でかい場合に「近似的」に成立するバーチャル・リアリティらしい。

参考URL：

http://okwave.jp/qa/q8689028.html

お礼

知ってますよ。
内部のことに言及しないあなたの回答を見てこの質問を立てました。

http://www.google.com/search?um=1&hl=ja&tbm=isch&q=%E3%82%AA%E3%83%9A%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83%97+%E5%86%85%E9%83%A8%E5%9B%9E%E8%B7%AF&spell=1&sa=X&ei=K6jTU7jfEIizuASt84GwCQ&ved=0CBoQvwUoAA&dpr=1&biw=768&bih=932
少なくとも上記のリンクにある画像のような回路を一度でも見ていれば、帰還回路を構成する場合は入力端は厳密でなくても同電位(仮想接地)になることは自明な気がするのですが。

回答No.1

bogen555

何か誤解があるようですが、OPアンプによる設計はここのp.14に説明があるように、
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/37/37481/37481.pdf
「機能ブロック設計」に相当し、「仮想接地（正しくは仮想短絡）」もその抽象化レベルでの概念です。
そのレベルでの機能素子は、半導体物性から切り離された理想機能素子として考えます。
従って、半導体物性から切り離されていないトランジスタ回路設計レベルでの「仮想短絡」は、抽象度から言って無意味です。
半導体工学（量子力学）→トランジスタ素子設計→トランジスタ回路設計レベルの教科書としては
（上）　http://www.amazon.co.jp/dp/4563067245
（下）　http://www.amazon.co.jp/dp/4563067253
があり、下巻はOPアンプの内部回路設計について触れています。
残念ながら今は絶版で、英語版で勉強する以外なさそうです。
http://www.amazon.co.jp/dp/0470245999
「半導体工学（量子力学）→トランジスタ素子設計→トランジスタ回路設計」まで習得できて、おまけに英語力も身につくとゆう一石二鳥ですから頑張って下さい。

お礼

回路ありがとうございました。

しかし無意味と言うのは簡単です。
それはコンパレータとして使う分には無意味でしょうね。

補足

あ、失礼しました。
系のグラウンド基準とすれば無意味ではないですね。