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更新2022/05/15

反転増幅器

本章では、オペアンプの代表的回路構成の一つ、反転増幅器について説明します。

構成と特徴

反転増幅器は、入力電圧の逆の変化(逆極性)の電圧を出力する回路です。
反転増幅器の回路と入出力の関係式を 以下に示します。
オペアンプ反転増幅器の回路と関係式
驚くことに、反転増幅率の増幅率は「-R2/R1」となり、2ケの抵抗の比だけで一義的に増幅率が決まります。
外付けの抵抗だけで確定した増幅率を任意に設定できるので、非常に使い勝手の良い回路です。

やたらと増幅率の大きいオペアンプを、そのままで増幅回路として使うと、どんな信号を入力しても出力がプラスかマイナスに振り切ってしまいます。
振り切ったプラスかマイナスしか出力しない増幅回路なんて、どこにも使い道がありませんね。
ですが、反転増幅回路のように、出力の一部を入力に戻す負帰還をすると、部品特性のバラツキに関係なく設計通りの増幅率の入出力ができるというすばらしい増幅器に化けます。

低い入力インピーダンスによる悪影響

理想的なアナログ増幅器の反転増幅器ですが、他の回路と組み合わせる場合に注意しなければならない点があります。
入力インピーダンスの低さです。
前段回路から見ると、自分の出力に反転増幅器の入力インピーダンス分が接続されていることになります。
そして、反転増幅器の入力インピーダンスは、見かけ上R1(数百Ω~数十kΩという低い値が多い)になります。
R1という余分なものがあっても、前段回路が期待通りに出力できればよいのですが、R1が低いと引きずられて期待値とは異なる出力電圧・電流になるという悪影響が発生する場合があります。
反転増幅器を使う場合には、入力インピーダンスの影響がどの程度なのかを見極めて使用することになります。

単電源では使いにくい

プラス側電源しか用意できないような単電源では、ここで表示した回路では、オペアンプが負電圧を出力できないため入力Eiが0V以上では作動不可能です。
Eiに0V以上の正電圧を入力した場合は、出力電圧Eoは0V近辺に張り付くだけで変化しません。
よって、単電源の場合は、オペアンプの+端子の基準電位をGND以上にするなどの対策が必要です。

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電子回路とファームウェア専門の元エンジニアが、初心者の頃の疑問や勉強・経験で知った「そうだったのか」を2009年から書いています。 ⇒続き

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