第3回分
■負帰還
帰還の意味は分かったが、負帰還の意味が理解できなかった。授業で取り扱った回路は全て負帰還か？
この講義で扱う回路は、ほとんどが負帰還です。
例外は、第7〜8回で扱う発振回路、です。
正帰還回路というのは、プラス側が入力になるので、使われることはないのでしょうか？あれば例を挙げて欲しい。
第7〜8回で扱う発振回路、が代表的なものです。
減衰器が、抵抗の値だけで決まると何故高精度なのか？
抵抗の値を精度よく作りやすい、ということですね。
(減衰器の精度が良いのに対して)増幅率Aの精度が低い理由を教えて欲しい。
増幅器を構成するトランジスタの特性を精度よく作るように
製造を制御しにくい、のが原因ですが、それは、
トランジスタが小さいために、
トランジスタのP/N領域の不純物密度やトランジスタの寸法のバラツキが
どうしてもある程度大きくなる、ということです。
ViからH倍したVoを引くのに、増幅されていくのが不思議だった。すっかり0になると思っていた。
まあ、そこに出力が落ち着くのが、負帰還の不思議というか、面白いところですね。
負帰還で出力の一部を入力に戻すとどうなるのか？
結果として、式で求めたように、出力がある値に落ち着いています。
負帰還はどういうところで使うのか？
詳細は時間がなくて触れられませんでしたが、
システム全体の利得を抑えることで、
システムの安定度を増すために用いられます。
■オペアンプ
現実には、増幅率Aがいくつなら無限大とみなせるのか？
つくる回路(増幅器)の利得しだい、というところですね。
その利得よりも十分大きければ、無限大と近似してもあまり影響はありません。
オペアンプの増幅率を無限大にしても良い理由を教えて欲しい。
実際には十分大きいから無限大と近似してもよい、
という説明で、理解してもらえるでしょうか。
(質問の意図とずれているような気はする)
今まで何倍に増幅されるかは、オペアンプによって決定されると思っていた。しかし、ほとんどの場合、Aが無限大であるため、入力電圧が何倍になるかは、抵抗によって決まると考えればよいのか？
そういうことです。
負帰還に使われる増幅器は、どのような構造ですか？
直感的には、マイナス側の入力を持つもの、ということになります。
ただし、増幅器自体にはマイナス側の入力がなくても、回路構成上、
それと等価なものをつくる手法もあります。
■受動フィルタ
フィルタって何ですか？
周波数ごとに特性が変わる回路、という理解でよいとおもいます。
LPFは何に使うのか？
名前の通り、低い周波数の信号がほしいとき、ですね。
伝達関数HからLPFになることが理解できない。
ωが小さいところではH=1となって通過し、
ωが大きくなると、Hがωとともに減少する、ということから
理解できるかと思います。
1/(jwCR)のグラフが直線なのはなぜか？
縦軸を対数軸で描いているからですね。
伝達関数Hについて、wが小さい時、1に近づいていくのは何故か？
虚部が実部(1)に対して無視できるから、です。
伝達関数Hは、wを十分に大きくすれば、0に近づくか？
LPFの場合は、そういうことになります。
wCR=1の時、H(w)=1/(1+j)が分かりません。
wCR>>1の時、H(w)=1/(jwCR)が分かりません。
再度、計算をしてみましょう。
■オペアンプを使った1次フィルタ
導出の元となる式が分からなかった。Web上にかいていますか？
反転増幅器のR2のかわりにRとCの並列インピーダンスを
おけば導かれます。
何故C1とR2を並列にすればよいのか？
結果としてLPFの伝達関数が得られる、ということでしょうか。
この回路の電流の流れ・電流値が分からない。
反転増幅器の式の導出を参考に、再度、計算をしてみましょう。
■VCVS
1次と2次のLPFの違いは何か？性能差はあるか？
2次の方が、遮断域での遮断特性がよくなります。
つまり、ωが大きくなるほど、より急激に|H|が小さくなっていきます。
2次のLPFの伝達関数Hは覚える必要があるのか？
いえいえ。
C1側とC2側の電圧値が同じなのは何故か？
理想オペアンプだから、ですね。
最後の方程式の右辺の2項で、jwC1(v1'-V0)にR1(1+jwC2R2)をかけている所が分からない。
板書での式の導出を忘れてしまいましたね・・・
どうしてもわからなければ、ノートを持って質問に来てください。
■フィルタ回路全般
フィルタ回路で、Cを抵抗のようなものにみえるとあるが、抵抗と置き換えると間違いか？
あくまでもインピーダンスですから、抵抗と置き換えてしまってはまずいですね。
あくまでも、「イメージ」です。
ハイパスフィルタもあるのか？LPFの他にどのような種類のフィルタがあるのか？
もちろんハイパスフィルタ(HPF)もあります。
そのほか、ある範囲の周波数の信号だけ通すバンドパスフィルタ
(Band Pass Filter; BPF)などがあります。
ハイパスフィルタの具体的な回路を知りたい。
よい文献が多くありますので、いろいろ調べてみてください。
カットオフ周波数という言葉の意味を知りたい。
カットオフ周波数はどのように用いられるのか？詳しい解説をして欲しい。
その周波数よりも先(LPFならば、より高い周波数)の信号は
(周波数によって程度は違うものの)減衰される、という意味です。
■その他
講義中に出てくる式の導出過程は覚えるべきか？
いえ、導出過程そのものは覚える必要はありませんが、
そこで使っているテクニック(理想オペアンプでは2つの入力の電圧差=0、など)は
よく見て納得してもらうとよいと思います。
PSpiceでは、このような回路の計算をどのように行っているのか？
地道に微分方程式を解いているんですね。
宿題について、PSpiceの手順などを詳しくウェブサイトに載せて欲しい。
課題2のところの解説では不十分でしょうか?
さすがにあれ以上は・・・
voやviは交流で、ViやVoは直流ですよね？今までは直流で考えてきて、PSpiceの時だけ交流でシミュレーションしたということでいいか？
交流の、ある瞬間の電圧に対して、反転増幅器などの特性が
成り立ちますから、基本的には、大丈夫です。
宿題について、増幅率の値をどのように決めるか分からなかった。
非反転増幅器の増幅率を求める式を使ってください。
オペアンプの中身は、回路素子を組み合わせて作れない素子なのでしょうか？
もちろん作れます。
第5回あたりで、多少みていく予定ですが、
オペアンプも、トランジスタなどからなどからなる回路です。
ただし、まともに作るとトランジスタなどの素子数が多いので、
Student版PSpiceでは、残念ながらシミュレーションができないようです。
基本的なことですが、電圧VとGNDの間にコンデンサがあった場合の回路において、電流が流れるとどうなるのか？
電荷がたまって、コンデンサの両端の電圧が上がっていきますね。
宿題について、通常のオペアンプの記号と違う記号(電圧制御電圧源)を使ったのですが大丈夫か？
大丈夫ですよ。
ただ、できるだけ、オペアンプ(OPAMP)を使ってください。
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