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。

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