電気・電子
オペアンプ加算・差動計算機
重み付き加算や電圧差を計算し、比率のそろった抵抗ペアを選び、出力範囲を確認します。
入力値
計算結果
- 理想出力電圧
- —
- 制限後の出力推定値
- —
- G1 · V1 → Vout
- —
- G2 · V2 → Vout
- —
- 同相利得
- —
—重み付き加算と差動アンプ出力を比較する
複数の電圧の理想的な反転加算、または二入力差動アンプを計算します。基準電圧を含め、各入力の利得を確認し、必要に応じて出力上下限を適用できます。差動モードは同相利得と公称抵抗比の一致も表示します。静的な理想モデルであり、抵抗の許容差、アンプのオフセット、有限の帯域幅、入力範囲の制約、負荷による出力振幅範囲の変化は含みません。
使い方
- 加算または差動モードを選びます。入力電圧と基準電圧を V で入力します。加算モードでは 2〜4 入力を使用でき、各入力に個別の抵抗があります。差動モードでは厳密に 2 入力と、回路図の四つの抵抗を使います。
- 抵抗値を kΩ で入力します。加算モードでは帰還抵抗 Rf を選びます。差動モードでは R1〜R4 を入力するか、目標利得と E12、E24、E96 系列を選んでから、一致する公称抵抗ペアを適用します。
- 理想出力と個々の利得を確認します。出力制限を有効にした場合は、上限より小さい下限を入力し、制限後の出力と理想出力を比較します。差動モードでは同相利得と抵抗比一致のメッセージも確認します。
設定と制限
- 加算の重みと基準電圧
- 各加算入力の重みは −Rf / Ri です。出力は Vref − Σ[Rf/Ri × (Vi − Vref)] なので、基準電圧を変えると式全体に影響します。入力抵抗が等しいと重みも等しくなり、値を変えると入力ごとに独立に倍率を調整できます。選択した数の入力行だけが計算に使われます。
- 差動抵抗比と整合
- R2/R1 = R4/R3 のとき、理想出力は Vref + (R2/R1) × (V2 − V1) です。比が異なると正側入力の利得が変わり、ゼロでない同相利得が残ります。抵抗の許容差やアンプの誤差がある実回路の同相除去性能は、公称抵抗比の一致だけでは定量化できません。
- 標準抵抗ペアと出力上下限
- ペア検索は、入力した R1 の値付近の標準値を調べ、両分岐に同じ公称ペアを設定します。丸められた利得は目標からずれる場合があります。出力上下限はユーザーが指定する値であり、電源レールから導かれる制限ではありません。ツールは理想出力を上下限に収めますが、過負荷からの回復はモデル化しません。
操作例
加算では 2 入力を使います。V1 = 1 V を 10 kΩ 経由、V2 = 2 V を 20 kΩ 経由とし、Rf = 10 kΩ、Vref = 0 V にします。重みは −1 と −0.5 で、理想出力は −2 V です。−1.5 V と 3.3 V の上下限を有効にすると、制限後の出力は −1.5 V になります。
| Σ / Δ | G1 | G2 | Vout,ideal | Vout | GCM |
|---|---|---|---|---|---|
| Σ | −1 | −0.5 | −2 V | −1.5 V | — |
| Δ | −2 | 2 | 2 V | 2 V | 0 V/V |
| Δ; R4 = 22 kΩ | −2 | 2.0625 | 2.125 V | 2.125 V | 0.0625 V/V |
差動モードでは V1 = 1 V、V2 = 2 V、Vref = 0 V を保ちます。R1 = R3 = 10 kΩ、R2 = R4 = 20 kΩ に設定します。出力は 2 V、同相利得は 0 です。R4 だけを 22 kΩ に変えると、出力は 2.125 V、同相利得は 0.0625 V/V となり、抵抗比の不一致による変化が分かります。
よくある質問とトラブル対処
加算出力が負になるのはなぜですか？
これは反転加算回路です。基準電圧がゼロなら、正の入力は負の重み付き項として寄与します。実際の単電源回路には適切な基準電圧と出力範囲が必要です。理想的な和を実現できるか確認するときは、現実的な上下限を使ってください。
差動入力が等しいのに出力がゼロにならないのはなぜですか？
抵抗比が一致していれば、入力が等しいと出力は基準電圧に等しくなります。比が異なると同相成分も加わります。結果を差動信号として解釈する前に、基準電圧と四つすべての抵抗を確認してください。
標準抵抗ペアを適用しても基準電圧や入力電圧は保たれますか？
ボタンは差動モードの四つの抵抗値を一致する公称ペアに置き換え、現在の入力、基準電圧、出力上下限を使って再計算します。得られた利得と出力をもう一度確認してください。デバイスの選択や他の設定の調整は行いません。