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● アンプの理解
● 信号の種類
● DCアンプの設計
● DCアンプの種類
>> 直接結合アンプ
>> チョッパー安定化アンプ
>> 計装アンプ
● 結論
● よくある質問
>> 4.なぜ一部のアンプはカップリングコンデンサを使用するのですか？
>> 5.小さなDC信号を増幅するための回路を設計するにはどうすればよいですか？
● 引用：
アンプは多くの電子システムに不可欠なコンポーネントであり、信号の振幅を増やすという重要な機能に役立ちます。ただし、アンプがDC（直接電流）信号を増幅できるかどうかを議論すると、いくつかの要因が発生します。この記事は、の複雑さを掘り下げています アンプは、DC信号を処理する能力、この目的に適したアンプのタイプ、および実用的なアプリケーションに焦点を当てています。
アンプは、信号の電力、電圧、または電流を増加させるデバイスです。入力と出力の特性に基づいて分類できます。
- 電圧アンプ：信号の電圧レベルを上げるように設計されています。
- パワーアンプ：スピーカーのような負荷を駆動するためにパワーレベルを高めることに焦点を合わせます。
- 電流アンプ：主に回路を流れる電流を増やします。
信号は、2つの主要なカテゴリに分類できます。
-AC（交互の電流）：時間とともに異なるシグナル、通常は本質的に正弦波。
-DC（直接電流）：時間の経過とともに一定のままである信号。
アンプがDC信号を増幅する能力は、その設計に大きく依存します。
-AC結合アンプ：最も一般的なオーディオアンプは、AC信号を増幅するように設計されています。多くの場合、DCコンポーネントをブロックして歪みを防ぎ、オーディオの忠実度を維持するカップリングコンデンサが含まれます。その結果、これらのアンプは、コンデンサが定常状態（DC）電圧が通過するのを防ぐため、DC信号を効果的に増幅することはできません。
-DC結合アンプ：これらのアンプは、AC信号とDC信号の両方を処理するように特別に設計されています。彼らは結合コンデンサを使用せず、干渉なしにDC信号を増幅することができます。このタイプは、ACコンポーネントとDCコンポーネントの両方が、計装やセンサーアプリケーションなどの増幅が必要なアプリケーションで不可欠です。
1。センサーインターフェイス：多くのセンサーが出力し、さらに処理するために増幅が必要なDC信号を出力します。たとえば、熱電対とひずみゲージには、多くの場合、専用のDCアンプが必要です。
2。信号条件付け：データ収集システムでは、正確な測定には弱いDC信号を増幅することが重要です。
3。動作アンプ（OP-AMPS）：OP-AMPは、構成に応じてAC信号とDC信号の両方を増幅するように構成できます。これらは、汎用性のためにさまざまな電子回路で広く使用されています。
4。医療機器：ECGやEEGマシンなどの医療用途では、センサーからの小さなDC信号を増幅することが正確な診断に重要です。
5。産業自動化：多くの産業センサーは、監視および制御の目的でDCとして扱うことができるゆっくりと変化する信号を生成します。
アンプは、入力信号に基づいて電流の流れを制御するトランジスタや動作アンプなどのアクティブコンポーネントを使用して動作します。基本操作には次のものが含まれます。
1。入力段階：入力信号が受信され、増幅用に準備されます。
2。ゲイン段階：コア増幅がここで発生し、ここで入力信号の振幅が増加します。
3。出力段階：増幅された信号が出力荷重に配信されます。
- トランジスタ：ほとんどのアンプの主要なアクティブコンポーネントとして機能します。
- 抵抗器：バイアスおよび設定ゲインレベルに使用されます。
- コンデンサ：AC結合アンプでは、AC信号を通過させながらDCコンポーネントをブロックします。
Op-ampを使用してDC信号を増幅するための回路を設計するとき、いくつかのステップが関係しています。
1. [構成]を選択します。アプリケーションのニーズに基づいて、反転構成と非変換構成を決定します。
2。ゲインの設定：抵抗器値を計算して、次のように式を使用して目的のゲインを達成する
ゲイン= 1+rf/rin
非反転構成用。
3。電源の考慮事項：電源がアンプの動作に十分な電圧と電流を提供できることを確認してください。
DC信号を増幅することは、独自の課題を提示します。
- オフセット電圧：アンプのオフセット電圧は、出力信号を歪むことができます。
- ノイズ感度：DC信号はノイズの影響を受けやすく、精度に影響を与える可能性があります。
- サーマルドリフト：温度の変化は、時間の経過とともにアンプのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。
- ゼロドリフト：DCアンプの重要な課題の1つは、電源電圧の変動または環境条件の変動によって引き起こされるゼロドリフトです。
直接結合アンプにより、ブロッキングコンデンサなしで信号のシームレスな遷移を可能にします。この設計は、位相関係を維持することが重要な低周波アプリケーションに特に役立ちます。
チョッパー安定化アンプは、増幅前に入力信号が定期的に切り替えられ（刻まれた）技術を利用し、増幅後に元の形に復活しました。この方法は、ゼロドリフトを大幅に減らし、精度を向上させます[1]。
計装アンプは、コモンモードノイズを拒否しながら、正確な低レベルの信号増幅用に設計された特殊なタイプのオペアンプです。これらは、入力インピーダンスが高く、線形が優れているため、医療用計器およびセンサーアプリケーションで広く使用されています[2]。
運用アンプ（OP-AMP）は、ACとDCの両方の信号を含むさまざまな増幅タスクに設定できる汎用コンポーネントです。
1。非変動構成：
- 前向きな利益を提供します。
- 出力は、フィードバック構成で接続された抵抗によって決定される追加のゲインで入力電圧に従います。
2。構成の反転：
- 負の利益を提供します。
- 出力電圧は入力電圧に反比例しますが、フィードバック抵抗値に基づいて増幅されます。
3。微分構成：
-2つの入力信号が比較する必要がある場合に使用されます。
- 小さな微分電圧を増幅しながらノイズ拒絶を必要とするアプリケーションに最適です[4]。
単純なOP-AMP回路が小さなDC信号をどのように増幅するかを説明するために：
1. 1 V（100のゲイン）に増幅する10 mVを出力するセンサーがあると仮定します。
2。非変動構成の使用：
-set rin =1kΩrin=1kΩ
-RFを使用して計算します
100 = 1+rf/rin⟹rf=99kΩ
3.これらの抵抗器でOP-AMPを接続し、適切な機能を確保するために適切な電源レベル（+12V/-12V）を提供します[4]。
要約すると、多くの標準オーディオアンプは、カップリングコンデンサを使用した設計制限のためにDC信号を増幅することはできませんが、AC信号とDC信号の両方を効果的に処理できる特殊なアンプが存在します。これらの違いを理解することは、特に医療機器、産業自動化、センサー技術などの分野で、特定のアプリケーションに適切なアンプを選択するために重要です。
DC結合アンプにより、ACとDCの両方の信号がコンポーネントをブロックせずに通過できるようになり、両方のタイプの信号が増幅が必要なアプリケーションに適しています。
通常はありません。標準のオーディオアンプは、DCコンポーネントをブロックするコンデンサを使用して設計されています。ただし、特殊なオーディオアンプは、この目的のために特別に変更または設計される場合があります。
運用アンプ（OP-AMP）は、構成に応じてACとDCの両方の信号を増幅でき、信号条件付けやフィルタリングなどのタスクのためにさまざまな電子回路で広く使用されています。
カップリングコンデンサはアンプで使用され、AC信号が通過できるようにしながら、不要なDC電圧をブロックするため、オーディオアプリケーションの歪みを防ぎます。
小さなDC信号を増幅するための回路を設計するには、Op-amp構成（反転または非反転）を選択し、要件に応じて抵抗値を使用してゲインを設定し、電源が必要な仕様を満たしていることを確認します。
[1] https://www.utmel.com/blog/categories/amplifiers/introduction-to-dc-amplifier
[2] https://electronics.stackexchange.com/questions/439521/using-op-amp-to-amplify-dc
[3] https://www.youtube.com/watch?v=flylywfn3cs
[4] https://www.instructables.com/operational-amplifier-as-dc-amplifier/
[5] https://www.zhinst.com/europe/en/blogs/use-your-lock-amplifier-tunable-low-pass-filter-measure-dc-signals
