質問: オペアンプの入力について こんにちは。 オペアンプについてわからない事があるので教えて下さい。 回路シミュレーターのltspiceを使ってシミュレーションを行っています。 非反転入力にはdc4.5vを入力し、反転入力には0.068uのコンデンサを介してグランドに接続しています。 上記のような回路で、シミュレーションを行うと オペアンプlt1013の場合は非反転入力が約4.77v オペアンプlt1216の場合は非反転入力が約5.04v となりました。 理想的には非反転入力が4.5vになると思うのですが、このような動作は何故起こってしまうのでしょうか? 教えて下さい。
回答: 4.5v のコンパレータとするのなら、以下のような回路にしてください。 vcc ( 9v ) ┌────┤ r1 │v+ │ v1┏┷┓ vin ─ c1 ─┼───┨- ┠──┬─ vout r2 ┌┨+ ┃ │ │ v2│┗┯┛ │ vref │ │ │v- │ (4.5v)─ r3 ─ )──┼─ ) ─ r4 ┘ │ c2 │ gnd ──-┴──┴─┘ 接続 ┼ ┴ ┬ ┤ 非接続 ─ )─ r1 = 100kω、r2 = 95.2kω( 100kωと 2mωを並列接続) r3 = 1kω、r4 = 1mω c1 = 0.068μf、c2 = 0.1μf r1 と r2 で反転入力(-)の電圧 v1 を 4.6v にしています。非反転入力(+) には正帰還をかけてヒステリシスを持たせています(入力信号 vin に重畳したノイズによって出力がばたつかないように)。入力信号がないとき、反転入力(-)の電圧 v1 は 4.6v、非反転入力(+)の電圧 v2 は 4.496v、出力電圧 vout は 0v になっています。入力信号が入って、反転入力(-)の電圧が 4.496v を下回ると、出力電圧は8v 程度になります。このとき、非反転入力(+)の電圧は4.504v になります。その後、反転入力(-)の電圧が 4.504v を上回ると出力電圧は0v になります。すると、非反転入力(+)の電圧は 4.496v となるので、反転入力(-)の電圧が 4.496v を下回るまで出力電圧は0v のままになります。 各電圧は次式で計算できます。 v1 = vcc(電源電圧)*r2/( r1 + r2 ) --- (1) v2 = vref + ( vout - vref )*r3/( r3 + r4 ) c2 は非反転入力(+)の電圧を安定化するため(ノイズ除去)のものです。r1 と r2 の値(比率)はなるべく正確にしてください。抵抗値がずれると v1 の電圧が変わってしまいます(どれくらい変わるかは式(1)で計算できます)。v1 > v2 としないと上のような動作にはなりません。1%精度の抵抗を使うか、普通の抵抗ならば、テスターで抵抗値を測定して、誤差が1%以内にはいるようなものを選別してください。r3 と r4 の精度は±5%程度でかまいません。 【補足】 opアンプの入力端子には常にバイアス電流が流れています。そこにコンデンサを直結すると、opアンプのバイアス電流によってコンデンサが少しずつ充電されていきます。コンデンサに一定の電流を流すと、電圧が時間に比例して変化し、最終的には電源電圧かgnd電圧に達してしまいます。lt1013のバイアス電流の典型値は 15na なので、c = 0.068μf のとき、毎秒 0.22v のペースで電圧が上がっていくはずです(初段がpnpトランジスタなのでバイアス電流はopアンプから出て行く方向になり、コンデンサの電圧は時間とともに上昇します)。lt1216のバイアス電流はもっと大きく 420na なので、1秒間に 6.18v の電圧変化になります。質問文にある「lt1013の場合は非反転入力が約4.77v、lt1216の場合は非反転入力が約5.04v 」 というのは、コンデンサが充電しきったときの電圧でしょう(なぜ lt1216 が 5.04vなのか分かりませんが)。ここで紹介した回路は、コンデンサの前に抵抗を入れているので、バイアス電流はここから供給され、r1 と r2 の比で決まる電圧に反転入力(-)の電圧 v1 が維持されます。 [1] lt1013データシート(3ページの表の input bias current) http://www.linear-tech.co.jp/pc/downloaddocument.do?navid=h0,c1,c1154,c1009,c1021,p1222,d3743 [2] lt1216データシート(3ページの表の input bias current) http://www.linear-tech.co.jp/pc/downloaddocument.do?navid=h0,c1,c1154,c1009,c1021,p1411,d1204