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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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mari
タイトル
オペアンプによるレベルシフト回路について
ポイント []
pt.
アクセス4198
カテゴリーアンプ&コンパレータ
キーワード オペアンプ   レベルシフト回路   分圧   電子回路初心者   加算回路   Powered by Yahoo
投稿日時16/12/01 21:14
電子回路初心者です。

オペアンプで1~3Vを0~4Vにするレベルシフト回路を作成しようと思ったんのですがどうやって作ればいいかわかりません。単純に1~3Vを2~4Vにするんなら加算回路で足せばいいというのはわかるのですが...。

1~3Vは抵抗で分圧して作ろうと思います。


やり方を分かりやすく教えていただけると助かります。

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dorham 回答番号 14
タイトル
opamp出力
ポイント
pt.
アクセス3637
投稿日時16/12/22 15:44
mariさん、
dorhamといいます。少し遅くなりましたが、添付のようにオペアンプの出力に関して投稿させていただきます。

添付で使用されているアンプはPARAMETRIC AMPといい、性能を適当に設定できるものです。ここではゲインとAC特性以外は理想値あるいは理想に近い値に設定してあります。

1.ゲイン以外の誤差要因は無いものとした場合、平衡状態におけるオペアンプの入出力関係は添付の原理図と計算式のようになります。

2.Figure.1の回路では入出力全て2Vとなっていますが、これはV2により4Vが出力されるもののV4で2Vが差し引かれ、結果として2Vが残った、というものです。

ただし、図では表示されていませんがアンプの入力端子間は正確には0Vではなく、この場合0.2uVの電位差が発生しています。また出力にも-0.4uVの誤差があります。この電位差によりV2から出力に向かって微小な電流が流れます。
アンプ自体のゲインが無限大であれば、理屈の上では、フィードバック抵抗には全く電流が流れないという状況が生じ得ます。

3.
Figure.2はアンプのゲインを極端に低くして、その影響を見やすくしたものです。計算式を使って確認してみてください。

4.ゲインのみを問題にしましたが実際にはループゲイン=Aβを大きくとる必要があります。1個のアンプでの“クローズド ループ ゲイン(=1/β)の稼ぎ過ぎ“は、誤差が大きくなりあまりよろしくはありません。

※このデータをダウンロードするにはログイン(ユーザー登録)が必要です。

mari 回答番号 13
タイトル
なるほど!
ポイント
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アクセス3824
投稿日時16/12/06 22:18
yoshiさんの回路でV+が2VのときVoが0Vになる理由はわかりました!

ありがとうございます!

yoshi05 回答番号 12
タイトル
電流が流れない時
ポイント
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アクセス3943
投稿日時16/12/05 12:21
意味深な疑問だと思います
---
電位差がでなくて電流が発生しないので抵抗に電流ながれませんよね?
そうなると負帰還の抵抗にも電流が流れないですけど、Voは2Vを出力するのですか?
---

電池を2つ並列に、100Ωの抵抗で繋いだとします。
(-) 同士を直結 (+)同士を 100Ωで。
片方の電池が 1.5Vだとわかっていて、
100Ωに電流が流れないなら、
もう一方の電池の電圧は 1.5v。
 つまり、もう一方の電池は 1.5vを出力している。

で、如何でしょうか?

YandH 回答番号 11
タイトル
回答番号10について
ポイント
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アクセス4013
投稿日時16/12/04 16:53
この場合は出力が2Vでないなら電流が流れ、抵抗により電圧降下が生じて、オペアンプ入力端子に電位差が生じます。
オペアンプはつねに−入力が+入力に一致するように動作するはずですから、出力が2Vなら電流が流れない。

解りやすいように他の人の資料を基にさせていただきます。

やまさんの回答番号8を見てください。
私が書いたのはこの回答番号8の具体化案だと思います。

yoshi05さんの回答番号5を見てください
http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/rde/contents/course/mechatronics/analog.html
があります。

この中の「反転増幅回路」の特徴2:に書いてあります。

mari 回答番号 10
タイトル
解決しました!
ポイント
pt.
アクセス4020
投稿日時16/12/04 12:25
入力の1~3Vと1Vにボルテージフォロワーをして
NAKAさんのやりかたでうまくいきました!

YandHさんの回路はなんでそれで0~4Vになるのかなぁとすごく不思議です。
マイナス入力が2Vでプラス入力も2Vだと
電位差がでなくて電流が発生しないので抵抗に電流ながれませんよね?
そうなると負帰還の抵抗にも電流が流れないですけど、Voは2Vを出力するのですか?

ちなみに学校の宿題とかではありません^^

回答してくださったみなさんありがとうございます。



リカルド 回答番号 9
タイトル
「計測に有利な周波数」の回答6に入ってしまいました
ポイント
pt.
アクセス4078
投稿日時16/12/04 00:13
 此処は投稿したときに時間切れか何かのトラブルが多く、再度書き込む事が多い。
 今回も再度書き込んだ時に、書き込み先を間違えたようです。

やま 回答番号 8
タイトル
倍にして 2V引いても良さそうですね
ポイント
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アクセス3947
投稿日時16/12/03 23:18
mariさん お疲れ様です。

1~3Vを0~4Vにするのは、NAKAさんの手順を変えただけですが、倍にして2V分引けば良さそうです。
倍にすると 2~6Vになりますので、これから2V引けば、0~4Vになります。

何とか上手く行くことを期待しています。

yoshi05 回答番号 7
タイトル
えーっと・・
ポイント
pt.
アクセス3929
投稿日時16/12/03 15:01
もしもだけど、
学校の宿題や課題レポートだとしたら、

「出力インピーダンスが高いかつ可変になるので、・・」
あたりが、課題の味噌って気がします。
カンニングしてしまったことになるので、

ここで教えてもらったことを付記した上で
例えば次の問題を追加レポートしてくださいね。
 
(NAKAさん案の回路で)
オペアンプの入力バイアス電流を 250nA、
オペアンプのオフセット電圧は調整により 0mV
 (その他の特性は理想的)
 
 1-3vを作るための可変抵抗器を 10kΩ B型、
 信号源のインピーダンスは50Ω以下。

 という条件の基、
 出力の誤差が 2%以内になる条件を求めてください。
 
##
##宿題って出されるのか嫌いだけど出すのは好き。
##皆さん、そうだよね・・

柳屋画蔵 回答番号 6
タイトル
単純に考えましょう
ポイント
pt.
アクセス3995
投稿日時16/12/03 08:21
mari さん、おはようございます。

回路としては、YandH さんの回答 3 の修正された回路が良いと思います。

で、考え方なのですが、入力信号がどういうものなのか、得たい信号はどういうものなのかを整理してみましょう。

入力信号は 1 ~ 3 V で抵抗分割で作るということですから可変抵抗か何か使うのでしょうか。であれば出力インピーダンスが高いかつ可変になるので、バッファで一旦受けるかオペアンプの (+) 端子で直接受ける必要があります。ですので NAKA さんの回路だと機能としては正しいのですが、ご本人の追加コメントの通り抵抗分割の出力を受ける回路としては誤差が出てしまいます。

さて、信号の見方を変えてみると入力信号は 2V を中心に±1V の振幅を持っていて、出力信号は 2V を中心に ±2V の振幅を持っている分けですから、単純に入力信号を 2V を中心に 2 倍に増幅してあげれば所望の機能を出すことが出来ます。そういう意味で YandH さんの回答 3 の修正された回路はその機能を満たしています。よくある非反転増幅器の (-) 端子からグランドに接続されている抵抗をグランドではなく 2V の電圧源につなげばいいわけです。オペアンプはその電位を中心に入力信号を検出して、その電位を中心に出力を出していることになります。
で、現実的問題として 2V の電位をどうやって作るのかというのが発生するかも知れません。
回路のどこかに安定な 2V があれば良いのですが、ない場合はどうするかが次に発生する課題となると思います。そういうときは NAKA さんの提案の差動増幅形式が結構有力だったりすることもあります。バッファなどは必要にはなりますが。

自分もブログでオペアンプの動作の初歩的な考え方を記事にしているので、参考にしてみて下さい。

http://blogs.yahoo.co.jp/susanoo2001_hero/4976465.html?type=folderlist



yoshi05 回答番号 5
タイトル
考え方
ポイント
pt.
アクセス3988
投稿日時16/12/02 21:16
ご質問は、「やり方」を聞いているのに
解答を答えてしまっているのが気になりましたので・・

同じようなページはたくさんあるのですが、
検索結果の上に出てきたページから
 
http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/rde/contents/course/mechatronics/analog.html

の、「差動増幅回路」のところを勉強して、
NAKAさんの答えを理解して、
 
その上で、
「ここで、簡単のため、R1=R3, R2=R4とおくと」
のところで、この通りにはせず、
  R3 = 0, R4 -> 充分大きく
してみて、どうなるか考えてみてください。
YandH さんの答が理解できると思います。

##
学生の頃、教科書の練習問題の解答をみても、
答だけしかなくて、全然分からなくて悩んで・・
「試験に出ませんように」と祈るしか無かった気持ち・・
 

NAKA 回答番号 4
タイトル
減点ですね!
ポイント
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アクセス4022
投稿日時16/12/02 10:40
NAKAです。

先日ネットで小学生の算数テストで8.2+1.8=10.0と書いて減点になったという記事がありました。10としないといけないそうです。もっとも簡単にということであれば、減点されちゃいますね!...(笑)
実回路で入力インピーダンスやオフセットがどうのこうの言い出すと入力側にも抵抗をとか.....(笑)
P.S.
へそ曲がりのNAKAは1[Ω]という回答を10×10^5[μΩ]と答えたくなります。

YandH 回答番号 3
タイトル
追伸 やっぱり間違えた
ポイント
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アクセス4051
投稿日時16/12/02 10:04
やっぱり間違えた
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YandH 回答番号 2
タイトル
NAKAさんの回路図をいじってみました
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アクセス4015
投稿日時16/12/02 09:51
NAKAさんもうしわけありません。
図を描きたかったのですがうまくいかなかったので
※このデータをダウンロードするにはログイン(ユーザー登録)が必要です。

NAKA 回答番号 1
タイトル
引き算して2倍というのはどうでしょう?
ポイント
pt.
アクセス4000
投稿日時16/12/02 09:12
mariさんおはようございます。NAKAといいます。

学校の宿題か何かなのでしょうか?
引き算して2倍というのはどうでしょうか?
回路図を添付します。
※このデータをダウンロードするにはログイン(ユーザー登録)が必要です。

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