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オペアンプのゲインと帯域幅計算ツール

反転アンプ、非反転、差動アンプ構成のオペアンプ電圧ゲイン、ゲイン（dB）、-3dB帯域幅、および入力インピーダンスを計算します。

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公式

A_v^{non-inv} = 1 + \frac{R_f}{R_{in}}, \quad A_v^{inv} = -\frac{R_f}{R_{in}}, \quad f_{-3dB} = \frac{GBW}{|A_v|}

参考: Horowitz & Hill, The Art of Electronics, 3rd ed.

Av — Voltage gain (V/V)
Rf — Feedback resistor (R1) (kΩ)
Rin — Input resistor (R2) (kΩ)
GBW — Gain-bandwidth product (Hz)
f₋₃dB — −3 dB bandwidth (Hz)
Zin — Input impedance (Ω)

仕組み

オペアンプ（オペアンプ）はアナログ電子機器の基本的な構成要素であり、電圧増幅、シグナルコンディショニング、および数学演算を行います。オペアンプ回路のゲインは、その構成とフィードバックネットワークによって異なります。非反転構成では、入力信号は正の端子に印加され、負のフィードバックによってゲインが制御されます。ゲイン方程式 G=1+Rf/Rin は、フィードバック抵抗 (Rf) と入力抵抗 (Rin) がどのように増幅を決定するかを反映しています。反転構成では、入力がマイナス端子に適用され、出力に180度の位相シフトが生じます。ここでは、ゲインは-Rf/Rinの比率で決まり、負の符号は位相の反転を示します。帯域幅は重要なパラメータであり、アンプが特定のゲインレベルを維持できる最大周波数を表すゲイン帯域幅積 (GBW) によって特徴付けられます。-3dBの周波数 (F-3dB) は、GBWをゲインの絶対値で割って計算されるため、アンプの周波数応答の限界を把握できます。

計算例

Rf = 10 kΩ、Rin = 2.2 kΩ の非反転構成の LM358 オペアンプを考えてみます。ゲインの計算は、G = 1 + (10,000 Ω/2,200 Ω) = 5.55 となります。つまり、入力信号は 5.55 倍に増幅されます。オペアンプのゲイン帯域幅積が 1 MHz の場合、-3dB 周波数は 1 MHz /|5.55| ≈180 kHz と計算されます。この時点で、アンプの出力は公称ゲインから3デシベル低下しています。これは、回路の実際的な帯域幅制限を示しています。

実践的なヒント

  • ✓ノイズを減らすには、オペアンプの電源ピンの近くにデカップリングコンデンサを使用してください
  • ✓設計要件をはるかに上回るゲイン帯域幅製品を備えたオペアンプを選択してください
  • ✓負荷の影響を防ぐために入力インピーダンス要件を検討してください

よくある間違い

  • ✗スルーレートや入力オフセット電圧など、オペアンプの実際の制限を無視する
  • ✗ゲイン設定に関係なく無限の帯域幅を想定
  • ✗不適切なPCBレイアウトは寄生容量と性能低下につながる

よくある質問

非反転構成では、入力信号はプラス端子に印加され、出力は入力と同相になります。反転構成では、入力がマイナス端子に印加され、180 度の位相シフトが発生します。
フィードバック抵抗は、増幅率を制御する比率を生成することによってゲインを決定します。これらの抵抗の具体的な配置によって、回路のゲイン特性が決まります。
主な制限はゲイン帯域幅積 (GBW) で、アンプが特定のゲインレベルを維持できる最大周波数を表します。
ほとんどのオペアンプはDC信号を増幅できますが、高精度のDCアプリケーションでは、入力オフセットやドリフトなどの実際的な考慮事項を考慮する必要があります。
オペアンプを選択するときは、ゲイン帯域幅積、スルーレート、入力インピーダンス、消費電力、動作電圧範囲などのパラメータを考慮してください。

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