オペアンプの利得計算

使い方

1. 回路を選びます。反転、非反転、ボルテージフォロワ、差動、加算、または利得に合わせて抵抗を選ぶです。
2. その回路で使う抵抗の箱を入力します。例えば帰還抵抗 Rfに10k、入力抵抗 R1に1k を入力します。使わない箱は無視されます。
3. 入力電圧を入力します。利得と出力電圧 Voutを読み、その後に計算の手順（段階ごと）を開きます。
4. 利得に合わせて抵抗を選ぶでは、目標の利得と、その抵抗の組が対象とする回路を入力します。近い抵抗の組の表に、最も近いE12またはE24の組が表示されます。

回路

負帰還のかかったオペアンプは、2つの入力を同じ電圧に保ちます。反転増幅では反転入力は仮想接地になるため、入力電流は Rf を流れ、利得は2つの抵抗の比になります。

反転増幅：      Vout = −(Rf ÷ R1) × Vin
非反転増幅：    Vout = (1 + Rf ÷ Rg) × Vin
フォロワ：      Vout = Vin
差動増幅：      Vout = ((Rf + R1) ÷ R1) × (Rg ÷ (Rg + R2)) × V2 − (Rf ÷ R1) × V1
                R1 ÷ Rf = R2 ÷ Rg のとき、利得は Rf ÷ R1
加算増幅：      Vout = −Rf × (V1 ÷ R1 + V2 ÷ R2 + V3 ÷ R3)

• 反転増幅の利得は負なので、出力の向きが逆になり、その大きさは1より小さくなることもあります。非反転増幅の利得は1未満になることはありません。
• フォロワの利得は正確に1で、入力インピーダンスが高いため、信号源を駆動する負荷から切り離します。

推奨の抵抗の選び方

抵抗は推奨値で供給されます。E12は1桁に12の値、E24は24の値があります。2つの推奨値の比は目標の利得に近い利得を与え、このツールは組の中から誤差が最も小さいものを探します。

反転増幅：      Rf ÷ R1 = |G|
非反転増幅：    Rf ÷ Rg = G − 1

• それぞれの推奨値は、その系列の中で最も近い値なので、実際の利得は目標から数%ずれます。そのずれが表の誤差です。
• 抵抗が大きいほど出力への負荷は小さくなりますが、非常に大きいと雑音が増え、入力バイアス電流による誤差も大きくなります。キロオーム台の抵抗が、よく使われる妥協点です。

このツールが含まない内容

• オペアンプ自身の限界：有限の利得と帯域幅、オフセット電圧とバイアス電流、電源レール付近での出力振幅。レール付近では出力が飽和し、この式は成り立たなくなります。
• 周波数特性。オペアンプの帯域幅より上では利得が下がるため、これらの式は直流または低周波の利得だけを示します。
• 安定性と容量性負荷。これらは回路の発振を招くことがあります。

よくある質問