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第15回 負帰還回路について

 


好評をいただいているセンサー道場ですが、ずいぶんと間があいてしまいました。
前回のお約束はバイポーラートランジスタ回路の設計でしたが、予定を変更してオペアンプを使った負帰還回路について議論してみることにします。



オペアンプなど殆ど全ての増幅器は、負帰還と呼ばれる構造にしてひずみ、周波数、雑音特性を改善しています。それでは負帰還とは一体なんでしょう。


負帰還回路

上図のようにアンプ(△の印)の出力を、入力へ符号を反転して返すことを負帰還と呼びます。図においてアンプの入出力の関係を見ると、



となりますので、これを整理すれば、


 

となります。(簡単な式の計算です。やってみてください)つまり最初の回路は、

と同じことになります。では最初からA/(1+AB)倍のアンプを作るのと何が違うのでしょうか?

観察1:もしAB>>1だと

となり、Aの値に関係なくアンプのゲインが決まることになります。

観察2:ABというのは、回路のどこかを切り離したときにぐるっと回ったときのゲイン、すなわちループゲインということになります。

;ループゲイン

これに対して1/Bをクローズドゲインと呼びます。

;クローズドゲイン

言い直しになりますが、T>>1であれば、

この式の対数をとると

普通アンプの増幅率は100KHzにおいて35dB(=20logGc)というように対数であらわすことが多いのです。

この式を良く見てください。ちょっと形を変えると次のようになりますね。

この式を良く見るとアンプのゲインAがクローズドゲインGcとループゲインTの和になっていますね。

これをグラフにすると次のようになります。

もともとのアンプが低い周波数でしか高い増幅率を持っていない場合、負帰還をかけてクローズドゲインを小さく抑えることによって高い周波数までそのゲインを保つことができることになります。これが負帰還回路のポイントの一つです。

 

 

最後の図が今後も何度も出てきます。良く理解できるよう見直してみてください。

  

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