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反転増幅回路で周波数を上げると何で出力電圧が小さくなるんですか?

blu********さん

2018/11/1009:59:23

反転増幅回路で周波数を上げると何で出力電圧が小さくなるんですか?

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ベストアンサーに選ばれた回答

okw********さん

2018/11/1011:03:40

オペアンプ回路に限定した話であれば、その理由は「オペアンプのオープンループ利得は、周波数と共に低下するように設計されている」からです。なぜそのようにしているのかというと、オペアンプに負帰還をかけたときに発振しないようにするためです。

オペアンプは多段の増幅回路で構成されていますが、増幅回路には寄生容量などがあるため、1段の増幅回路の利得は、1次のローパスフィルタのような周波数特性になります。1次のローパスフィルタの位相遅れは最大90度なので、オペアンプ内部の増幅回路が1段だけなら、負帰還をかけても最大90度の位相遅れしかありません。しかし、増幅回路が2段以上あると、位相遅れが加算されて全体で180度以上になるため、負帰還をかけたときに、反転入力端子の位相遅れが180度以上(正帰還)になって発振する可能性があります。

オペアンプは通常、2段以上の増幅回路で構成されているので、位相遅れが180度付近となるような周波数でのオープンループ利得が1未満となるように、あるいは、オープンループ利得が1となる周波数での位相遅れが180度未満となるように、わざと位相補償キャパシタを入れて、高周波でのオープンループ利得が低下するように設計されています。

  • okw********さん

    2018/11/1017:24:22

    blue_3rdson_11250352さんの質問履歴を見ると、回路関係の質問はないようですが、ギターのエフェクタにはオペアンプが使われているのはご存じだと思います。

    オペアンプは出力信号を入力側に戻して(負帰還をかけて)使うのが普通なので、そのような場合でも正常動作する(発振しない)ように、あえてそのような特性にしてあります。

    下の回答者はオペアンプ特有の使われ方(負帰還をかける)に関して何も触れていないので、発振のことはご存知ないのでしょう。

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ベストアンサー以外の回答

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dai********さん

2018/11/1010:07:10

「反転増幅回路」は多くはオペアンプに依る回路について問われていることが多いのですが現実のオペアンプではオペアンプそのものが持つ「周波数特性」と言う物があり、その特性以上に周波数特性をあげることはできません。

周波数が高くなるということは電圧や電流の変化が速くなるということです。
回路に用いられる素子にはその応答する速さにも限界があるので周波数特性となって現れます。

また現実に回路を作るとき寄生容量やインダクタンスと言う物が必ず存在し、周波数特性に影響します。

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