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オペアンプの勉強をしていて困っており今オペアンプのインストルメンテーション増...

rad********さん

2011/4/523:50:07

オペアンプの勉強をしていて困っており今オペアンプのインストルメンテーション増幅器の回路でわからない問題があります。
質問事項に問題を画像で上げますのでご回答のほどよろしくお願いいたします

選択枠の中から次の質問に当てはまるご回答をよろしくお願いいたします。
【質問1】
増幅利得はいくらですか?
【質問2】
1本の抵抗を変えるだけでCMRRに影響せずに「増幅利得を変えるにはどの抵抗を変えればよいか
【質問3】
同相電圧Vcmが5Vの時A1の出力電圧はいくらでしょうか
【質問4】
同相電圧Vcmが5Vの時A2の出力電圧はいくらでしょうか
【質問5】
Vcmはいくらまで印可できるでしょうか
【質問6】
CMRRを大きくするには利得配分をどのようにすればよいか

以上の質問6つを選択枠からご回答願います。
ただ解答だけでも嬉しいのですが、できれば何故その回答なのか教えて頂けると嬉しいです。
普段はパターン設計者で回路設計の勉強初心者なので優しいご回答願います

同相電圧Vcm,インストルメンテーション増幅器,CMRR,選択枠,増幅利得,V1,V2

閲覧数:
574
回答数:
2
お礼:
250枚

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ベストアンサーに選ばれた回答

mpc********さん

編集あり2011/4/605:57:47

まず、基本的なことから考えていってください。急がば回れですよ!

前段と後段をわけて考えてください。

前段は同相電圧に対してはボルテージフォロワとして働き(2つのVoはINと同じにうごく)、差動電圧に対してVoはその差電圧を増幅して互いに反対方向にうごきます。この差動ゲインは、図の2つのVo間の真ん中の抵抗1つで変えられます。
同相電圧と差動電圧におおきなゲイン差をつけています。さらに信号から見た抵抗も大きくしている。
これが1段目の役割です。

まず、これを理解することです。

そして、2段目です。1段で同相電圧はゲイン1で、差動電圧は大きなゲインで現れた2つの端子が繋がれる差動増幅回路です。CMRRは各抵抗の規定値からのずれにより低下します。
この回路の解説は多くの解説書に出ています。まずこの回路について理解するべきです。
この回路のみ理解することに集中してください。

まず、2段目の有名な差動増幅回路について理解してください。その回路が、1段目とむすびついたとき、大きな効果が得られます。

ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

【質問1】
増幅利得はいくらですか?
【質問2】
1本の抵抗を変えるだけでCMRRに影響せずに「増幅利得を変えるにはどの抵抗を変えればよいか
ーー>1段目の真ん中の抵抗を小さくすれば、ゲインはあがる。

【質問3】
同相電圧Vcmが5Vの時A1の出力電圧はいくらでしょうか
ーー>差動電圧Vdが0なら5V

【質問4】
同相電圧Vcmが5Vの時A2の出力電圧はいくらでしょうか
ーー>図がよくみえないのですが、A2がA1の直下のアンプなら5V

【質問5】
Vcmはいくらまで印可できるでしょうか
ーー>壊れる問題なら使用オペアンプの絶対最大定格で規定されている値、正常動作についても使用オペアンプの同相入力電圧範囲で規定されています。
【質問6】
CMRRを大きくするには利得配分をどのようにすればよいか
ーー>2段目の差動ゲインを上げるように設定するとと、CMRRが低下しますので、1段目のゲインを上げていくのがいいと思います。

以上不完全ながら回答してみました。

質問した人からのコメント

2011/4/7 00:06:11

降参 ありがとうございます。とても参考になり問題を解くことができました

ベストアンサー以外の回答

1〜1件/1件中

okw********さん

2011/4/607:47:47

(質問1)
ここ(http://sanwa.okwave.jp/qa6098386.html)の ANo.5 に利得の計算法が出ています(回答は私)。添付図の最後の式が電圧利得の式です。R1、R2、R3 という2本1組の抵抗が完全に同じ値の場合、出力電圧 Vo は入力電圧の差 V2 - V1 に比例します。V1 と V2 に同相電圧 Vcm が重畳している場合、V1 = Vcm + v1、V2 = Vcm + v2 と書けますが、それらの差をとると、V2 - V1 = v1 - v2 と、Vcm が消えてしまうので、差電圧 v1 - v2 のみを増幅する回路になります。

(質問2)
R1、R2、R3 は2本1組なので、この抵抗を変えると2本同時に値を変えなければなりません。抵抗1本で利得を変えるには R を変えます。

(質問3、4、5)
上で紹介した回答の式(1), (2)が A1 と A2 に相当する部分の式です。オペアンプの種類によって違いますが、一般に、V3 や V4 が正と負側の電源電圧から 1.5V くらい内側に入っている必要があります。V1 = Vcm、V2 = Vcm としたとき、Vcm がどういう範囲でなければならないか分かると思います。

(質問6)
上で紹介した式は、理想オペアンプ(オペアンプ自身のCMRRが無限大)を使い、R1、R2、R3 という2本1組の抵抗が完全に同じ値の場合ですが、全体のCMRRは、2本1組の抵抗値をどれだけ同じ値にできるか(抵抗のマッチング)が一番利くと思います。抵抗が完全に同じ値でない場合の式も、上で紹介した回答の考え方で導出できます。

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