オペアンプとは何ですか?
おそらく、電子工学の専門用語で「オペアンプ」という言葉を聞いたことがあると思いますが、これはどのような部品なのでしょうか?オペアンプ（略して オペアンプ ）は、主に トランジスタ と 抵抗器から構成される集積回路です。これらの集積回路は入力信号を増幅してより大きな出力を生成します。これらのコンポーネントは、DC回路とAC回路の両方で電圧と電流とともに使用できます。
カール・D・シュワルツェル・ジュニアは1967年に最初のオペアンプを発明しました。彼はもともと、アナログ コンピューターで数学的な演算を行うためにオペアンプを考案しました。これが、オペアンプの名前の「演算」の部分が由来です。現在、オペアンプは他の多くのアプリケーションでも使用されており、現代の多くのアナログ電子回路の基礎となっています。
オペアンプは何をするのですか?
最も基本的な動作では、オペアンプは差動信号 (V+ ピンとV- ピン間の電圧差) を受け取り、この差に比例した電圧をVs+ およびVs- 電源を通じて出力します。下の画像でVs+ とVs- 電源を確認できます。このコンポーネントの簡略化された表現の多くでは、Vs+ ノードとVs- ノードが省略され、V+、V-、およびVoutピンのみが表示されます。
図1: オペアンプ回路図記号
このオープン ループ操作により、通常、デバイス ゲイン (オープン ループ ゲインまたはAOLと呼ばれる) は100,000以上になります。非反転 (+) ピンと反転 (-) ピンの電圧にわずかな差があっても、+ 入力電圧が - 入力よりも大きい場合は、出力はほぼ電源電圧になります。この構成はコンパレータとして機能し、変化する可能性のある入力信号を安定したオン/オフ出力に変換します。
クローズドループオペアンプ
通常、オペアンプは閉ループ構成で使用され、出力電圧が反転入力にフィードバックされて、より制御可能な信号増幅が形成されます。これを実現する最も簡単な方法は、抵抗器やその他のコンポーネントを使用せずに出力を反転入力にフィードバックするバッファ回路を使用することです。
この動作がどのように機能するかを理解するために、オペアンプの黄金律を2つ紹介します。
1.出力は入力間の電圧差をゼロにしようとします
2.入力には電流は流れない
閉ループオペアンプの構築方法は次のとおりです。
1.入力電圧を+入力に供給する
2.アンプの出力に–を接続する
3.出力は+入力と同じ値になり、両方が等しくなるようにする必要があります。
図2: フィードバックループと電圧分割器を備えたオペアンプ
上の画像では、クローズドループ構成の概念をさらに進めています。出力電圧を入力とは異なる値にしたい場合は、抵抗器のペアを追加してフィードバック ループの分圧器を形成します。したがって、増幅はこれら2つの抵抗器間のノードで見られる電圧に基づいて行われ、次の式で計算されます。
Vin- = Vout * Rg / (Rg + Rf)
この式の論理によれば、次のことが言えます。
Vout = Vin- * (Rg + Rf)/Rg
Vout = Vin- *(1 + Rf/Rg)
1 + Rf/Rg項は回路の閉ループゲイン (ACL) です。Vinが増加または減少しても抵抗が同じであれば、Voutは電源電圧までACLの係数で比例して変化します。
反転ピンへのフィードバックや、分圧回路を使用してオペアンプが負電圧と正電圧を供給できるようにするなど、他の構成も利用できます。
オペアンプの違い
オペアンプをさまざまな方法で接続して使用できるだけでなく、アプリケーションに合わせてさまざまな仕様のオペアンプを選択できます。これには次のようなバリエーションが含まれます。
- オフセット電圧
- マキシム供給電圧
- ゲイン帯域幅積
他にも、さまざまなパッケージや仕様のさまざまなオペアンプが多数あります。たとえば、 Analog Devices の LTC2063は、さまざまなパッケージで提供されている低電源電流のオペアンプで、さまざまなアプリケーションに最適です。