質問: オペアンプの反転増幅回路について オペアンプの反転増幅回路について 画像にある抵抗rlって増幅度とどのような関係があるんでしょうか??r1、r2は増幅度をあらわす式で用いられているので関係あるのはわかるんですが・・・
回答: 添付図の反転増幅回路の電圧利得は vout/vin = -( r2/r1 ) で表わされますが、これが成り立つのは以下の場合です。 (1) オペアンプの開ループ利得 ao が十分大きい (2) 負荷抵抗 rl が十分大きい (3) 出力電流 vout/rl が十分小さい 負荷抵抗 rl が小さくなるほどオペアンプの開ループ利得が低下します。例えば、参考urlのpdf8ページ目の「電圧利得と負荷抵抗」のグラフのように、負荷抵抗(road resistance)が1kωを下回ると、開ループ利得(open loop voltage gain)が急に下がってきます。添付図の反転増幅回路の電圧利得は、正確には vout/vin = -( r2/r1 )/{ 1 + ( 1 + r2/r1 )/ao } ですが、ao が 1 + r2/r1 に比べて非常に大きい場合は、vout/vin ≒ -( r2/r1 ) とみなせますが、ao が小さくなると vout/vin の大きさが r2/r1よりも小さくなってきます。開ループ利得と負荷抵抗関係はオペアンプによって違います(大電流を流すことを前提に設計されたオペアンプでは負荷抵抗が小さくても開ループ利得はあまり低下しません)。 (3)の出力電流ですが、参考urlの同じページにある「正の出力飽和電圧と負荷電流」と「負の出力飽和電圧と負荷電流」から分かるように、出力電流(負荷に流れる電流)が大きいほど、オペアンプの最大出力電圧が小さくなることに起因しています。出力電流(vout/rl)が十分小さい場合(vout が小さいか rl が大きい場合)はこの影響はありませんが、vout/rl が大きい場合、出力電圧のピークがこの最大出力電圧で制限される(それ以上の電圧が出ない)ので、波形のピークがつぶれてしまいます。そうなると電圧利得は -( r2/r1 ) より小さくなります(波形が歪むのでもはや線形増幅器でなくなります)。