オペアンプを使った加算回路の使用例と動作原理

オペアンプを使った加算回路

加算回路とは、足し算(加算)の演算ができる回路です。
オペアンプを使った加算回路では、複数のアナログ信号の足し算ができます。

本稿では加算回路の動作原理や特徴・用途について解説していきます。

加算回路の回路図

オペアンプの加算回路には反転加算回路と非反転加算回路の2つがあります。
反転加算回路はオペアンプの反転増幅回路の応用で、非反転加算回路は非反転増幅回路の応用です。

反転加算回路の回路図は以下のようになります。

反転加算回路

非反転加算回路はこのような回路です。

非反転加算回路

動作原理

2つの加算回路について、それぞれ出力電圧の導出とシミュレーションによる動作確認を行っていきます。

反転加算回路

まずは出力電圧の計算式を導出します。

加算回路動作原理

バーチャルショートにより、反転入力端子の電圧は0Vです。
よって、抵抗R1、R2に流れる電流I1、I2はそれぞれ

加算回路計算式
加算回路計算式

となります。
したがって、出力電圧VOUTは、

加算回路計算式

と計算されます。
ここで、R1=R2=Rfとすると、VOUTは、

加算回路計算式

となり、出力電圧は入力電圧の足し算だけで求めることができます。

下図の回路を使ってシミュレーションで動作を確認します。

反転加算回路シミュレーション回路図

VIN1を1V固定、VIN2を-5V~5Vまでスイープすると下図のようなになり、-(VIN1+VIN2)となっていることが確認できます。

反転加算回路シミュレーション波形

非反転加算回路

次に、非反転加算回路の動作を考えます。

非反転加算回路計算

非反転入力端子の電圧:V+は、R1とR2の抵抗分圧で決まります。

加算回路計算式

VOUTは、反転入力端子電圧:V-と抵抗Rs、Rfの比で計算できます。

加算回路計算式

バーチャルショートよりV+ = V-となるので、VOUTは、

加算回路計算式

と計算されます。
ここで、R1=R2=Rs=Rfとすると、VOUTは、

加算回路計算式

となり、出力電圧は入力電圧の足し算だけで求めることができます。

下図の回路を使ってシミュレーションで動作を確認します。

非反転加算回路シミュレーション回路図

VIN1を1V固定、VIN2を-5V~5Vまでスイープすると下図のようなになり、VIN1+VIN2となっていることが確認できます。

非反転回路シミュレーション波形

使用例、応用例

加算回路の用途・使用例としては、

  • 複数のセンサ出力の合成
  • オーディオミキサ

などがあります。

加算回路の用途

このように、入力を複数並列接続して合成することもできます。
この場合の出力電圧の計算式は、

加算回路計算式

となります。

この記事のキーワード

関連記事
ベース接地回路の特徴と用途

ベース接地回路とは、バイポーラトランジスタのベースを入出力共通端子とし、エミッタを入力、コレクタを出力として使う回路です。 電圧増幅率が高く、電流増幅作用がない(1倍)という特徴を持ちます。 ベース共通回路、ベースコモン回路とも呼ばれます。 INDEXベース接地回路の特徴ベース接…

オペアンプを使った積分回路の原理と動作波形、用途について…

積分回路(積分器)とは、入力波形を時間積分した電圧を出力する回路です。 積分回路の用途としてはローパスフィルタやノイズ除去回路などがあります。 CR回路によるローパスフィルタやノイズ除去回路に比べて、出力インピーダンスが低いことと、入力側が出力側に繋がる回路の影響を受けないという…

インバーテッドダーリントン接続の特徴と発振対策

インバーテッドダーリントン接続とは、NPNトランジスタとPNPトランジスタ組み合わせて構成した高hFEの増幅回路です。 NPN-PNP接続はNPNトランジスタと等価、PNP-NPN接続のものはPNPトランジスタと等価となります。 PNP-NPN接続のものは疑似PNPと呼ばれること…

C級アンプの回路図と動作

C級アンプとは、トランジスタを入力信号の半周期以下のサイクルで導通させる方式です。 そのため歪みが大きくなりますが、効率が良く、理論上の最大効率は90%に達します。 歪みが大きいためオーディオでは使われず、高周波回路で使用されます。 A級、B級、C級、D級アンプの違い INDEX…

オペアンプを使った微分回路の動作原理をシミュレーション波…

微分回路(微分器)とは、入力波形を時間微分した電圧(傾き)を出力する回路です。 微分回路の用途としてはハイパスフィルタやDC成分除去回路などがあります。 合わせて学習 オペアンプ回路の基礎と設計計算の方法 INDEX微分回路の原理微分回路の計算と波形微分回路の動作を解説微分回路の…