電検3種の過去問を勉強していたのですが、この問題わかりません。
オペアンプ忘れたし、シュミットトリガ回路知らないし。
ということで調べた結果をメモします(間違っていたらすみません)。
問題を解く前に基本的なところから。
1.オペアンプ
・入力の差が増幅されて出力される
・出力はオペアンプの電源電圧で頭打ち(下図なら±V)
(下図の場合)
・Vin(+)>Vin(-) なら出力は+V
・Vin(+)<Vin(-) なら出力は-V
2.比較回路
・信号Vinが基準電圧Vsと比べて大きいか小さいかを出力する回路
課題:この回路では、信号にノイズがあるとき、出力が乱れる
解決策:シュミットトリガ回路
3.シュミットトリガ回路
・基準電圧を出力との分圧にすることで、Vout(±V)によって基準電圧Vs'にヒステリシスを持たせる
・出力が右下の図のようなヒステリシスを持ち、信号のノイズに強くなる
長くなりましたが、以上で前置きを終わります。
ここまでわかれば問題の意味が理解できると思います。
では問題を解きます。
1.まず問題文の
「演算増幅器には+5Vの単電源が供給されており,0Vから5Vまでの範囲の電圧 を出力できるものとする。」は、
オペアンプの電源は0Vと5Vなので、出力は0Vと5Vで頭打ちです。
(前述のオペアンプで+V=5V、-V=0V)
2.問題とは関係ないですが
フィードバックがないとき(シュミットトリガ回路ではなく、単純な比較回路の時)
基準電圧は2.5Vになります。
(5Vを10kΩと10kΩで分圧
オペアンプの入力インピーダンスは無限大なのでオペアンプには電流は流れない)
・Vin<2.5V Vout=5V(オペアンプの電源電圧 +側)
・Vin>2.5V Vout=0V(オペアンプの電源電圧 ー側)
3.本題です。
基準電圧V+が、出力との分圧でいくつになるか計算します。
(オペアンプの入力インピーダンスは無限大なのでオペアンプには電流は流れない)
計算方法は好きにしてください。
(計算例)
出力が5Vでも0Vでも、10kΩと20kΩの並列 + 10kΩの直列であり、電圧は5Vです。
合計の抵抗を計算すると16.6666666666kΩ
電流は5V/16.66666666kΩ=0.3mA
10kΩの抵抗の電圧降下は10kΩ×0.3mA=3V
ということで、
Vout=0Vの時、v+=2V
Vout=5Vの時、v+=3V
4.入力電圧と、求めた基準電圧を比較します。
(再掲載)
Vout=0Vの時、v+=2V
Vout=5Vの時、v+=3V
Vinが0の時、入力の差は正なので、Vout=5V(オペアンプの電源電圧 +側)
Vout=5Vなのでv+=3V
よって、Vin<3VまではVout=5
Vin>3Vになると入力の差が負になるのでVout=0V(オペアンプの電源電圧 ー側)
逆の説明は省略
ちなみに、
前述したフィードバックしない単純な比較回路の基準電圧:2.5V
シュミットトリガ回路の基準電圧:2Vと3V
になっています。















