第106回：電気・電子回路におけるオペアンプ応用回路　－移相回路からの展開（２）－

電気・電子回路におけるオペアンプ応用回路　－移相回路からの展開（２）－

①はじめに

前回に引き続いて、移相回路からの展開、応用を試みます。

②移相回路からの展開、応用

２次フィルタにする

元の移相回路は、１次のRCフィルタを使っていますが、これを２次のフィルタにしたらどうなるでしょうか。

移相回路の本質的な動作原理は、入力からローパス出力を減算してハイパス出力を得て、ローパス出力からハイパス出力を減算することでした。従って、以下の２点を調べれば、有効性が判断できることになります。

１．入力からローパス出力を減算してハイパス出力が得られるか。言い換えると、ローパス出力とハイパス出力を加算すると、フラットな特性となるか。

２．ローパス出力からハイパス出力を減算すると、振幅特性はフラットで、位相のみが変化する特性となるか。

シミュレーション

シミュレーションファイル「2次_LP_HP_出力の加減算.asc」を参照してください。２次フィルタは、第81回～第82回で取り上げた、LCフィルタの片終端タイプを使っています。終端抵抗１KΩ、1.4KΩ、２KΩの３種の回路を収めてあります。LCフィルタの定数、特性などについては、第81回～第82回を参照してください。

https://www.olinas.co.jp/media/knowledge/a214

https://www.olinas.co.jp/media/knowledge/a213

出力の特性を見ると、終端抵抗２KΩのフィルタ回路であれば、ローパス出力からハイパス出力を減算した特性は、振幅特性がフラット、かつ、位相のみが変化する特性となっています。しかし、ローパス出力とハイパス出力の加算特性は、鋭いディップが見られます。これでは、ローパス出力からハイパス出力が得られません。

そこでフィルタ回路を少し変形して試してみました。

シミュレーション

シミュレーションファイル「2次_LP_HP_出力の加減算_2.asc」を参照してください。終端抵抗２KΩを１KΩの抵抗２本に分割したフィルタ回路としています。特性を見ると、「見事に」２つの条件を満たしています。なお、この回路について、これ以上の詳しいことは調べられていません。何らかの欠陥、見落とし、あるいは、勘違いがあるかもしれませんので、動作の保証などはご容赦願います。

可変ゲインアンプ

移相回路では、オペアンプ非反転入力側にRCフィルタを配することが「肝」ですが、このコンデンサを「敢えて」抵抗に替えてしまうと、どうでしょうか。回路構成としては、差動アンプと同じになります。この抵抗２本の分圧回路を可変抵抗（ポテンショ）とすると、ゲインを可変することができます。しかも、－１倍～０～＋１倍という具合に、両極性を連続可変できます。

シミュレーション

シミュレーションファイル「移相回路_オペアンプ部応用.asc」を参照してください。入力は、０V～＋１V、正極側のみですが、ゲイン可変範囲が両極性となっており、出力は－１V～０V～＋１Vとなっています。なお、可変抵抗値が１Ω足してあるのは、シミュレーションでは０Ωは許されないので、それを避けるためです。

この回路をもっと単純にして、－１倍と＋１倍にスイッチで切り替える構成としても、オペアンプ１つで、反転アンプと非反転アンプを切り替えることができ、部品点数削減に貢献できそうです。

今回のまとめ

移相回路からの展開は、このくらいで一段落とします。結果として得られた回路の有用性はともかく、皆様が、既存回路から展開・応用をする際に、考え方の参考になれば幸いです。

今回取り上げましたサンプルファイルを使うには、アナログ・デバイセズのサイトよりLTspiceをダウンロードしてご利用下さい。