精密電圧フォロワ

部品と材料

• オペアンプ、モデル1458または353を推奨（それぞれRadio Shackカタログ番号276-038および900-6298）
• 3つの6ボルトバッテリー
• 10kΩポテンショメータ1つ、線形テーパー（Radio Shackカタログ番号271-1715）

相互参照

電気回路の教訓 、第3巻、第8章：「オペアンプ」

学習目標

• オペアンプを電圧フォロワとして使用する方法を説明するため
• ネガティブフィードバックの目的を説明するため
• トラブルシューティング戦略を説明するため

回路図

イラスト

手順

前のオペアンプの実験では、アンプは「開ループ」で使用されました。 」モード;つまり、フィードバックはありません 出力から入力へ。このように、オペアンプの全電圧利得が利用可能であり、その結果、2つの入力端子間に印加される実質的に任意の量の差動電圧に対して出力電圧が飽和しました。これは、コンパレータの動作が必要な場合に適していますが、オペアンプを真のアンプとして動作させたい場合に適しています。 、管理可能な電圧ゲインを示すために必要です。

オペアンプの集積回路を分解し、抵抗値を変更して電圧利得を低くする余裕がないため、外部接続とコンポーネントに制限されています。実際、これは人が考えるかもしれない不利な点ではありません。なぜなら、フィードバックと組み合わせた非常に高い開ループ電圧ゲインの組み合わせにより、私たちが運動する場合よりもはるかに簡単に、はるかに幅広い目的でオペアンプを使用できるからです。内部回路を変更するオプション。

非常に高い開ループ電圧ゲインとフィードバックの組み合わせにより、オペアンプをさまざまな目的に使用できるため、内部回路を変更するオプションを実行する場合よりもはるかに簡単です。

オペアンプの出力をその反転（-）入力に接続すると、出力電圧は、反転入力の電圧と非反転（+）入力に印加される電圧のバランスをとるのに必要なレベルを探します。まっすぐなワイヤーのように、このフィードバック接続が直接の場合、出力電圧は非反転入力の電圧に正確に「追従」します。

ボルテージフォロワーとは異なり 入力電圧を10分の数ボルト以内に近似した単一のトランジスタ（第5章：ディスクリート半導体回路を参照）で作られた回路であるこの電圧フォロワ回路は、わずかマイクロボルト以内の正確な電圧を出力します。 入力電圧の。

オペアンプの非反転（+）入力端子と回路アース（電源のマイナス側）の間に電圧計を接続してこの回路の入力電圧を測定し、オペアンプの出力端子と回路アースの間に出力電圧を測定します。ポテンショメータをその範囲で調整するときは、オペアンプの出力電圧が入力電圧に追従することを確認してください。

違いを直接測定するか、エラー 、オペアンプの2つの入力端子間に電圧計を接続することにより、出力電圧と入力電圧の間。ポテンショメータのほとんどの範囲で、このエラー電圧はほぼゼロになるはずです。

ポテンショメータをその極端な位置の1つ、時計回りまたは反時計回りに動かしてみてください。エラー電圧を測定するか、出力電圧を入力電圧と比較します。何か変わったことに気づきましたか？この実験にモデル1458またはモデル353オペアンプを使用している場合は、かなりの誤差電圧、または出力と入力の差を測定する必要があります。

指定されたモデルを含む多くのオペアンプは、出力電圧を完全な電源（「レール」）に正確に「スイング」することができません。 」）電圧レベル。この場合、「レール」電圧はそれぞれ+18ボルトと0ボルトです。 1458の内部回路の制限により、その出力電圧はこれらの上限と下限に正確に到達できません。電源の「レール」の1〜2ボルト以内にしか入ることができない場合があります。 」。

これは、オペアンプを使用して回路を設計するときに理解するための非常に重要な制限です。満杯の場合「 rail-to-rail 回路設計では出力電圧振幅が必要ですが、この機能を提供する他のオペアンプモデルを選択することもできます。モデル3130はそのようなオペアンプの1つです。

精密な電圧フォロワ回路は、増幅される電圧信号が「負荷」に耐えられない場合に役立ちます。 」;つまり、ソースインピーダンスが高い場合です。電圧フォロワの電圧ゲインは定義上1であるため、その目的は電圧の増幅とは関係ありませんが、信号の容量を増幅して電流を供給することとは関係ありません。 負荷に。

電圧フォロワ回路には、回路ビルダーにとってもう1つの重要な用途があります。それは、オペアンプの簡単な線形テストを可能にすることです。私がお勧めするトラブルシューティング手法の1つは、簡素化と再構築です。 。 1つまたは複数のオペアンプを使用して回路を構築し、高度な機能を実行するとします。

これらのオペアンプの1つが問題を引き起こしていると思われ、それが故障している可能性があると思われる場合は、単純な電圧フォロワとして再接続して、その容量で機能するかどうかを確認してください。電圧フォロワとして機能しないオペアンプは、確かにこれ以上複雑なものとしては機能しません。

コンピューターシミュレーション

SPICEノード番号を使用した回路：

ネットリスト（次のテキストを逐語的に含むテキストファイルを作成します）：

電圧フォロワvinput1 0 rbogus 1 0 1meg e1 2 0 1 2 999meg rload 2 0 10k .dc vinput 5 5 1 .print dc v（1,0）v（2,0）v（1,2）。終了

理想的なオペアンプは、依存電圧源を使用してSPICEでシミュレートできます。 （ e1 ネットリスト内）。出力ノードが最初に指定されます（ 2 0 ）、次に2つの入力ノード、最初に非反転入力（ 1 2 ）。開ループゲインは最後に指定されます（ 999meg ）従属電圧源ラインで。

SPICEは、依存ソースの入力インピーダンスを無限大と見なすため、分析エラーを回避するために、ある程度の有限量の抵抗を含める必要があります。これがR _偽物の目的です ：V _入力にグランドへのDCパスを提供する 電圧源。このような「偽の」抵抗は、任意に大きくする必要があります。このシミュレーションでは、R _偽物に1MΩを選択しました。 値。

負荷抵抗は、ほぼ同じ理由で回路に含まれています。依存する電圧源の出力に電流のDCパスを提供するためです。ご覧のとおり、SPICEは開回路が好きではありません！

関連ワークシート：

• 正のフィードバックオペアンプ回路ワークシート