オペアンプ(演算増幅器)の増幅率の計算
抵抗の値を入れると、オペアンプ回路の増幅率と出力電圧を、反転増幅・非反転増幅・差動増幅の3つの回路について計算します。
計算方法
反転増幅:増幅率 = −Rf ÷ Rin、非反転増幅:増幅率 = 1 + Rf ÷ Rin、差動増幅:増幅率 = Rf ÷ Rin(左右の抵抗の比が等しいとき)
出力電圧Vout = 増幅率 × 入力電圧(差動増幅はVout=増幅率×(V2−V1))
増幅率が抵抗の比だけで決まるのは、オペアンプが2つの入力の電圧差を0に保つように働くためです。反転増幅では入力と出力の向きが逆になるので、増幅率にマイナスがつきます。非反転増幅は入力がそのまま出る分があるため、1を足した形になります。
例:Rf=10,000Ω、Rin=1,000Ωの反転増幅回路にVin=1Vを入れると、増幅率は−10倍、出力電圧は−10Vです。同じ抵抗で非反転増幅にすると、1+10=11倍で11Vになります。
ここでは理想的なオペアンプ(入力に電流が流れず、増幅率が十分に大きい)を前提にしています。実際の出力は電源電圧の範囲を超えられないため、−10Vを出すには負の電源が必要です。周波数が高くなると増幅率は下がり、抵抗の誤差もそのまま増幅率の誤差になります。
出典:オペアンプの増幅率の定義(反転:−Rf/Rin、非反転:1+Rf/Rin、差動:Rf/Rin×(V2−V1)、理想的なオペアンプを前提とする)
よくある質問
反転増幅と非反転増幅の違いは?
反転増幅は出力の符号が入力と逆になり、非反転増幅は同じ符号のまま増幅されます。非反転増幅の増幅率は、必ず1以上になります。
差動増幅回路は何に使う?
2つの入力電圧の差だけを増幅したいときに使う回路です。ノイズなど、2つの入力に共通して乗る電圧の影響を減らせます。
実際の出力電圧に上限はある?
あります。オペアンプに供給している電源電圧を超える出力は出せません(この計算には含めていません)。