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連載キットで作る OPアンプによる信号増幅回路(4)反転増幅器(1) 連載(5-4)

前回は、非反転増幅回路の動作を確認しました。今回は+入力信号端子に基準信号(基準電位)、-入力信号端子に信号を入力する反転増幅回路の動作確認を次に示す回路で行います。

kt0240011.jpg

ブレッドボ-ドにテスト回路を組む
次に、上記の回路図をブレッドボード上に実現した写真を示します。前回と同様に乾電池の電源でテストします。

 

kt0240020.jpgブレッドボードに組んだ回路の詳細
-入力電圧が基準電圧より大きい場合、出力は基準電圧以下の電圧になります。そのため単一電源で基準電圧を0Vのグラウンドに設定すると、反転増幅回路では出力は0Vに張り付いて変化しません。
そのため、単一電源の反転増幅回路では基準電圧を電源電圧の半分に設定します。前回のテストで、出力は、ほぼ0Vになりますが、+側で6Vの電源電圧に対して4.8V以上出力は上昇していませんでした。このように、出力は電源電圧まで上昇しません。単一電源での反転増幅器では、+入力端子に加える基準電圧は電源電圧の1/2でなく出力の上限電圧の1/2に設定するとより大きな出力が得られます。
ここでは、+入力端子に加える基準電圧を2.4Vに設定します


-入力端子の半固定抵抗で変化させ出力電圧の変化を確認する
半固定抵抗を調整して、基準電圧との差が±0.01Vから±0.3Vくらいまで変化させ出力の状態を確認します。測定は電池の-電源を基準にして、各測定点の電圧を測定しています。

 反転増幅器の入力信号は、100kΩの抵抗に加わる‐入力から基準電圧を引いた値となります。対応する出力として、測定した出力電圧から基準電圧を引いたものを出力電圧とします。
出力電圧を入力信号で割った値が増幅率となります。


kt0240040.jpg反転増幅器の増幅率のため-の符号が付いている
反転増幅器のため、増幅率を計算すると表の(出力/入力)に示されるようにマイナスの符号が付いています。出力は4.63V以上、0.007V以下には振れません。そのため、入出力の関係をグラフ化すると、次に示すようにこのこの範囲ではグラフは水平になります。
直線部分では、大きなばらつきもなく良い直線性が示されています。

増幅率はR2/R1(1000K/100k)になる
上記の表で、(出力/入力)の値は-10前後の値になっています。しかし若干、値のばらつきが見られます。これは入力信号の値を算出するため、測定値の10%くらいの範囲で引き算を行っています。測定の誤差は、ディジタル・マルチメータに表示されるフルスケールの指示値の値に対して1.5%から精度のよいものでも0.03%の誤差があります。

そのため、指示値の10%以下の結果になるような引き算の結果では、誤差の範囲は10倍くらいになります。

 

kt0240050.jpg基準電圧にディジタル・マルチメータのCOM(黒のテスト・リード)、-入力に、赤のテスト・リードを接続し、直接基準電圧と-入力信号間の電圧を測定します。その値と、出力電圧の測定結果を次に示します。増幅率のばらつきが小さくなっています。

 

 

kt0240060.jpg次回、この表の値をグラフ化し、増幅率を最小二乗法で求める方法、および反転増幅器の増幅率の考え方などについて説明する予定です。
<神崎康宏>

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