受動部品である 抵抗器 や コンデンサ と同様に、 オペアンプ はアナログ電子回路の基本的な構成要素の1つです。オペアンプ (オペアンプ)は、ほぼ理想的なDC増幅に必要なすべての特性を備えた線形デバイスであるため、信号調整やフィルタリング、または加算、減算、積分、微分などの数学演算を実行するために広く使用されています。この記事の目的は、電子設計の初心者向けに10個の基本回路を紹介し、エンジニアの鈍った頭をリフレッシュすることです。
1.電圧フォロワ
最も基本的な回路は電圧バッファであり、外部コンポーネントを必要としません。電圧出力は電圧入力と等しいため、学生は困惑し、この種の回路に実用的な用途があるかどうか疑問に思うかもしれません。
この回路により、非常に高いインピーダンスの入力と低いインピーダンスの出力を作成できます。これは、2つのコンポーネント間のロジック レベルをインターフェイスする場合や、電源が電圧分割器に基づいている場合に便利です。下の図は分圧器をベースにしており、回路は機能しません。実際、負荷インピーダンスは大きく変化する可能性があるため、主に負荷インピーダンスがR2と同じ大きさの値を持つ場合、Vout電圧は劇的に変化する可能性があります。
この問題を解決するために、 増幅器 負荷と分圧器の間に（下図参照）が挿入されます。したがって、Voutは負荷値ではなく、R1とR2に依存します。
オペアンプの主な目的は、その名前が示すように、信号を増幅することです。たとえば、ADCでこの信号を測定するには、センサーの出力を増幅する必要があります。
2.反転オペアンプ
この構成では、出力は抵抗器 (R2) を介して負の入力または反転入力にフィードバックされます。入力信号は抵抗器 (R1) を介してこの反転ピンに適用されます。
プラスピンはグランドに接続されます。
これは、R1とR2が等しい特殊なケースで明らかです。この構成では、出力が入力信号と正反対になるため、入力と相補的な信号を生成することができます。
負の符号のため、出力信号と入力信号の位相がずれます。両方の信号を同位相にする必要がある場合は、非反転増幅器が使用されます。
3.非反転オペアンプ
この構成は反転演算増幅器と非常によく似ています。非反転型の場合、入力電圧は非反転ピンに直接印加され、フィードバック ループの端はグランドに接続されます。
これらの構成により、1つの信号を増幅できます。加算アンプを使用することで複数の信号を増幅することが可能です。
4.非反転加算アンプ
2つの電圧を追加するには、非反転オペアンプ回路の正のピンに2つの抵抗器のみを追加します。
複数の電圧を追加することは、あまり柔軟な解決策ではないことに注意してください。実際、まったく同じ抵抗で3番目の電圧が追加された場合、式はVs = 2/3 (V1 + V2 + V3 ) になります。
Vs = V1 + V2 + V3 となるように抵抗器を変更する必要があります。または、2つ目のオプションとして反転加算器を使用します。
5.反転加算アンプ
反転演算増幅回路の反転入力ピンに抵抗を並列に追加することで、すべての電圧が合計されます。
非反転加算アンプとは異なり、抵抗値を変更せずに任意の数の電圧を追加できます。
6.差動アンプ
反転オペアンプ（回路番号2を参照）は反転ピンに印加された電圧を増幅しましたが、出力電圧は位相がずれていました。この構成では、非反転ピンはグランドに接続されます。
上記の回路を、非反転の電圧分割器を介して電圧を印加することによって変更すると、以下に示すような差動増幅器が得られます。
アンプが便利なのは、電圧を加算、減算、比較できるからだけではありません。多くの回路では信号を変更することができます。最も基本的なものを見てみましょう。
7.インテグレーター
たとえばマイクロコントローラのGPIOを切り替えるだけで、方形波を簡単に生成できます。回路に三角波が必要な場合は、方形波信号を積分するだけで十分です。以下に示すように、オペアンプ、反転フィードバック パス上のコンデンサ、および入力反転ピン上の抵抗を使用して、入力信号が統合されます。
飽和の問題のため、抵抗器がコンデンサと並列に接続されることが多いことに注意してください。実際、入力信号が非常に低周波の正弦波である場合、コンデンサは開回路のように動作し、フィードバック電圧をブロックします。すると、アンプは、非常に高いオープンループ ゲインを持つ通常のオープンループ アンプのようになり、アンプは飽和します。コンデンサと並列の抵抗器のおかげで、回路は低周波の反転増幅器のように動作し、飽和が回避されます。
8.オペアンプ微分器
微分器は、コンデンサと抵抗器を交換することで積分器と同様に動作します。
これまでに紹介したすべての構成。
9.コンバータ電流 - 電圧
光検出器 は光を電流に変換します。電流を電圧に変換するには、オペアンプ、非反転抵抗器を介したフィードバック ループ、および2つの入力ピン間に接続されたダイオードを使用した簡単な回路を使用することで、フォトダイオードによって生成された電流に比例した出力電圧を得ることができます。これは光特性によって明らかになります。
上記の回路は、電圧は抵抗と電流の積に等しいという基本式でオームの法則を適用しています。抵抗はオーム単位で表され、常に正の値になります。しかし、オペアンプのおかげで、負性抵抗を設計することが可能になりました。
10.負の抵抗
反転ピンのフィードバックにより、出力電圧は入力電圧の2倍になります。出力電圧は常に入力電圧よりも高いため、非反転ピンのR1抵抗器を介した正帰還によって負の抵抗がシミュレートされます。
最後に、オペアンプを備えた回路は、必ずしも入力信号を変更するわけではなく、ピーク検出アンプのように入力信号を記録します。
ピーク検出器オペアンプ
コンデンサはメモリとして使用されます。非反転入力の入力電圧が反転入力の電圧（コンデンサの両端の電圧でもある）よりも高い場合、アンプは飽和状態になり、ダイオードが順方向になり、コンデンサを充電します。コンデンサに急速な自己放電がないと仮定すると、入力電圧Veがコンデンサの両端の電圧よりも低い場合、ダイオードはブロックされます。したがって、コンデンサのおかげでピーク電圧が記録されます。
オペアンプにはさらに多くの回路がありますが、これらの基本的な10個の回路を理解することで、より複雑な回路を簡単に学習できるようになります。
