第2回: オペアンプ(その1)の演習

回路シミュレーション

補足

• 過渡解析(Transient)のときの電圧源は、VACは使えません。 正弦波であればVSINを使います。(周波数FREQと振幅VAMPL、 オフセットVOFF(=0)を最低限設定する必要があります)
• 過渡解析の準備として、Analysis→Setupで、TransientのEnableに チェックを入れ、シミュレーション終了時間などを指定しておきます。
• オペアンプの出力電圧は、VPOS/VNEGによって上下限が設定され、 それを大幅に超えるとシミュレーションが途中で止まってしまいます。 そこで、入力の振幅を小さくするなどして、この範囲に収まるようにしましょう。 (例えば1mVなど)

電圧制御電圧源を用いたオペアンプのモデル

電圧制御電圧源を用いた反転増幅器(Schematics形式) をSchematicsで開くと、次のような回路になっています。

この「E1」が電圧制御電圧源で、左側の＋と−の2つの入力の 電圧の差を指定した倍率倍したものが、右側に現れます。 この倍率は、E1をダブルクリックしてパラメータとして 指定できますが、この例では、1,000,000(1MEG)倍に設定してあります。 この回路をシミュレーションすると、さきほどの理想オペアンプを使った 回路とほぼ同じ結果が得られるはずです。

もちろん、この1,000,000倍という倍率は、無限大ではありませんが、 ある条件下では、ある程度よい近似となります。 (もちろんもっと大きくしてもよい) 反転増幅器の利得(R2/R1)がもっと大きくなると、 このオペアンプ自身の利得(倍率)も、それに見合って大きくしないと 理想的な結果は得られなくなります。 興味のある人は、試してみましょう。 (例えばR2/R1=1000・オペアンプの利得を1000倍で試してみる、など)

加算増幅器

解:


※[訂正]R1, R2は共に分母に、Rが分子に来るのが正しい式です
3つの場合は


※[訂正]R1, R2, R3は共に分母に、Rが分子に来るのが正しい式です

減算増幅器

Vo = (R2/R1)(V2 - V1)

反転・非反転増幅回路の入力・出力インピーダンス

同様に、出力にとっての電圧と電流の比のことを 出力インピーダンス Z_oと呼びます。 ただし出力は、入力の値によって変わるため、 「入力を0Vとしたときの出力」で考えること、にします。

[演習] 反転増幅器・非反転増幅器の入力インピーダンスZ_iと 出力インピーダンスZ_oを求めてみましょう。
解: 反転増幅器




非反転増幅器

課題1

• 提出物:
  • 設計した回路の*.schファイル
  • シミュレーション結果(画面をキャプチャしたビットマップファイルや、図として貼り付けたWordファイル等)
• 提出方法:
  • 上記2点をメールに添付し、秋田まで送付
  • メールの題名(Subject)は、"ic2_??" (ただし??の部分は自分の名列番号)とすること
• 締切: 10/17(金) 10:30
• 注意: 友達と相談したり、文献・Webページ等を参考にすることは大いにやってください。 ただし、参考にしたものを、必ず「出典」として明記すること。(無断借用(パクり)は厳禁です) 友達に教える場合も、結果だけ渡すのではなく、過程を含めて教えてあげてください。

参考リンク

• PSpice Quick Start(北川先生作)
• PSPICE9.1 Student versionのDownloadページ