21 現世で使えるかもしれないオペアンフ 入門 第 3 章 正電源入力 んどの工学書は理想オペアンプで述べています。 シートを見るべきですが、現実のオペアンプもほぼ理想状態になるようできていますので、ほと す。表 3.1 に 2 つの違いをまとめました。正確に設計を考慮するなら現実のオペアンプのデータ オペアンプ回路を語る上で、出てくるのが、理想オペアンプと現実のオペアンプというもので して描くこともあります。 入力、非反転入力という名前がついています。理論計算では正電源入力、負電源入力端子は省略 オペアンプには 2 本の入力端子と、 1 本の出力端子からなる部品です。 2 本の入力端子には反転 日本語で演算増幅器、英語で Opera. tional Amplifiers を略してオペアンプ ' 1 と呼んでいます。 3.1 オペアンプとは何者じゃ ? この章は 2 章をベースに、基本的なオペアンプの回路を解説します。 十 反転入力非反転入力 0 図 3.1 負電源入力 オペアンプ

表 3.1 22 項目 裸利得 周波数特性 入力インピーダンス 出力インピーダンス 第 3 章現世で使えるかもしれないオペアンプ入門 理想のオペアンプと現実のオペアンプ 理想オペアンプ 現実のオペアンプ 120 [ dB ] 数数 T[Q] だいたい 1 [ MHz ] くらいまで 0 十 両電源を使う 垢 = れ 数 [Q] ~ 正電源 負電源 出力を 塚 . t = 員 ( 塚ーに ) オペアンプは、以下の式にしたがって動作します。 基本的な使い方 3.1.1 どういう風に使うのか ? フォロアになる。 図 3.2 オペアンプの使い方。出力をそのまま反転入力にフィールドバックするとボルテー フィードバックして使う ( 3.1 ) こで、は出力電圧、は増幅度、い , にはそれぞれ非反転入力端子、反転人力端子の電圧 です。すなわち、ーにした電圧を A 倍したものを出力しますよという式になります。この増 幅度員ですが、これは倍するようになっています。 倍されては扱いづらいように見えますが、オペアンプの出力を入力に負帰還させることで安 ころです。 定して扱う事ができます。 トなのが、入力端子のインピーダンスはなので、入力端子に向かって電流は流れないというと が繋がっているようにみえることから、バーチャルショート * 2 と呼ばれています。こでポイン このとき、オペアンプはとにの電圧は同じ電圧になるように動作し、見かけ上とに * 1 OP アンプと書くこともあります * 2 日本語で仮想短絡ともいう。イマジナルショートという人もいるが、 これは和製英語である。

3.1 オペアンプとは何者じゃ ? これよりお話する内容は、 「オペアンプはバーチャルショートで動いている」を前提にお話して いきます。 ちなみに図 3.2 のように、出力をそのまま反転入力端子にフィードバックすると、入力電圧 = 出 カ電圧になる回路をボルテージフォロアと呼んでいます。 電源を入れる オペアンプの出力は、電源端子に印加されている電圧を素に演算し、出力電圧を生み出します。 出力が十なら十の電源、一なら - の電源が必要になります。正負の出力が出せるように、オペ アンプは両電源で動かします。ものによっては、正電源端子を十、負電源端子を GND にして単 電源で動かすことを考慮されたオペアンプもあります。 いろんな制約がある 「理想オペアンプで考えていいよ」とは言ったものの、実際に理論計算する際は次の制約がある ことを念頭に入れてください。 ■出力は電源電圧以上のものは出せない先ほどお話したとおり、オペアンプの出力は、電源端 子に印加されている電圧を素に電圧を生み出します。したがって、電源電圧以上の電圧は出力で きません。普通のオペアンプは、、電源電圧ー 1.5 [ V ] 程度 ' ' 、どんなに大きくても電源電圧ギリギリ までしか出力できないと覚えておいてください。 ■入力できる周波数に限界があるある周波数を超えて入力すると、追従できなくなって、出力 波形が歪んできます。入力される周波数が高い場合は、オペアンプを選ぶ際は応答性がよいもの を選ぶようにしましよう。 3.1.2 どういう風に選ぶのか ? 理論を勉強しても、「結局どのオペアンプを使えばいいのか ? 」がわからない人も多かと思いま す。ざっくり私が選ぶときに見ている項目を列挙します。 オペアンプのタイプ 汎用タイプ・・・汎用的に使えるアンプ 単電源タイプ・・・汎用タイプで正電源のみで扱おうとすると O[V] の信号を扱えないので、特 性が出せるようにしたもの。 オーディオタイプ・・・周波数応答性がよいもの。 高精度タイプ・・・オフセットが小さいもの。 高速タイプ・・・さらに応答性を早くしたもの。応答性が良すぎるので扱いには注意が必要。 レール t 。レールタイプ・・・入出力電圧が電源電圧ギリギリまで対応できるようにしたもの。 23 電気的特性 ・動作電源電圧・・・最大定格以外にも最低動作電圧も確認する。

3.2 オペアンプ回路 ~ 基本のキ ~ 27 反転増幅回路 図 3.11 3.2.1 反転増幅回路 入力した電圧をマイナス倍した値を出力する回路で、オペアンプで構成する基本中の回路です。 先ほどお話した通り、入力インピーダンスはなので、反転人力端子にには電流は流れませ ん。したがって、君 1 を通った電流はそのまま召 2 に流れるので、 が成り立ちます。 ・まオこ、 ートで動作しているならば、 ノヾーチャノレショ V— = ↓ = 0 が成立します。 したがって、ム、わは 巧ー 0 0 ー協 召 1 と表せます。ム = わだったので、それぞれ代入すると、 っ 4 【い一つ 1 となります。

3.2 オペアンプ回路 ~ 基本のキ ~ 29 月 2 72 召 1 十 図 3.13 加算回路 ( 反転型 ) 3.2.3 加算増幅回路 アナログ電圧を足し算することができる回路です。足し算するとともに、電圧の和を定数倍に することもできます。 反転型 ( 基本形 ) 入力端子に電流は流れないので、 1 、召 2 に流れる電流は、そのままノに流れます。 した がって、 ム + わ = が成立します。バーチャルショートで動作しているならば、 = 0 となります。あとは反転増幅回路、非反転増幅回路の時と同様に、各々の抵抗に流れる電流を求 め、代入していきます。 新 協 協 召 1 召 2 召 1 = 2 = 召とおけば、 ( 新 + 協 ) 協 ェ = 1 = 2 ならば、 となります。

第 3 章 現世で使えるかもしれないオペアンプ入門 28 非反転増幅回路 図 3.12 3.2.2 非反転増幅回路 反転増幅回路の逆の動作、入力の電圧を反転せずに増幅するので非反転増幅回路と呼んでい ます。 反転増幅回路と同様に、反転入力端子には電流は流れないので、 ートで動作しているならば、 となります。 ノーチャノレショ レー = レト = VI が成立します。召 1 、召 2 に流れる電流はそれぞれ、ム 2 新 協 新 召 2 召 2 召 1 協 巧 新 召 2 1 月 2 ー新 + 巧 + 1 新 協ー巧 と表せるので、 1 色塒 となります。