オペアンプ

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オペアンプとは、非反転入力端子と反転入力端子をもつ増幅器。演算増幅器やOPアンプとも。

概要[編集]

増幅や比較、加算・減算、微分・積分、発振など様々な用途に使われる。非反転入力端子は+で、反転入力端子は-で示される。

特性[編集]

差動利得[編集]

電圧の差の利得。理想オペアンプでは無限大。 $A_{d}$ で表記する。

同相利得[編集]

電圧の和の利得。理想オペアンプでは0。 $A_{c}$ で表記する。

同相信号除去比[編集]

同相がどれほど除去されているかを示す値。理想オペアンプでは無限大。 $CMRR$ と表記する。差動利得と同相利得を用いて、 $CMRR={\frac {A_{d}}{A_{c}}}$ 。

入力インピーダンス[編集]

入力側からみたインピーダンス。理想オペアンプでは無限大。 $Z_{in}$ で表記する。

出力インピーダンス[編集]

出力側からみたインピーダンス。理想オペアンプでは0。 $Z_{out}$ で表記する。

周波数帯域[編集]

オペアンプを使用できる周波数帯域。理想オペアンプではあらゆる範囲。

オフセット電圧[編集]

何も入力していなくても入力されているような電圧。理想オペアンプでは0。

内部雑音[編集]

オペアンプ内部で生じる雑音。理想オペアンプでは0。

様々な用途[編集]

正転増幅回路/非反転増幅回路[編集]

後述の反転増幅回路と異なり、符号を反転せずに電圧を増幅できる回路。

正転増幅回路

上記回路では

V_{out}={\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{1}}}V_{in}

となる。

電圧フォロワ[編集]

正転増幅回路のうち、増幅率が1倍の回路。電圧をそのまま取り出して次の回路に伝えるために使われる。

電圧フォロワ回路

上記回路は正転増幅回路の電気抵抗を $R_{1}=\infty ,R_{2}=0$ とした回路に相当して

V_{out}=V_{in}

となる。

反転増幅回路[編集]

符号を反転させて電圧を増幅する回路。

反転増幅回路

上記回路では

V_{out}=-{\frac {R_{2}}{R_{1}}}V_{in}

となる。

コンパレータ[編集]

電圧を比較するオペアンプ。負帰還をかける前提で設計されておらず、比較に特化している。

加算回路[編集]

電圧を(重みづけ)加算して出力する回路。

加算回路

上記回路は、反転増幅回路の入力側の抵抗 $R_{1}$ を多入力にしたものになっていて

V_{out}=-\left({\frac {R_{f}}{R_{1}}}V_{1}+{\frac {R_{f}}{R_{2}}}V_{2}+{\frac {R_{f}}{R_{3}}}V_{3}\right)

と、抵抗の値に依って重みづけされた加算になる。
$R_{1}=R_{2}=R_{3}$ とすれば

V_{out}=-{\frac {R_{f}}{R_{1}}}(V_{1}+V_{2}+V_{3})

となって、利得を除けば、単純な加算になる。
また、同じ要領でn個の入力をもつ加算回路をつくれる。

減算回路[編集]

電圧を(重みづけ)減算して出力する回路。

減算回路

上記回路では

V_{out}=-{\frac {R_{2}}{R_{1}}}V_{1}+{\frac {R_{4}(R_{1}+R_{2})}{R_{1}(R_{3}+R_{4})}}V_{2}

と、抵抗の値に依って重みづけされた減算になる。
$R_{1}:R_{2}=R_{3}:R_{4}$ とすれば

V_{out}=-{\frac {R_{2}}{R_{1}}}(V_{1}-V_{2})

となって、利得を除けば、単純な減算になる。

微分回路[編集]

電圧を時間微分して出力する回路。

微分回路

上記回路は、反転増幅回路の入力側の抵抗構文解析に失敗 (SVG（ブラウザのプラグインで MathML を有効にすることができます）: サーバー「https://ja.wikipedia.org/api/rest_v1/」から無効な応答 ("Math extension cannot connect to Restbase."):): {\displaystyle R_1} をキャパシタにしたものになっていて

V_{out}=-CR{\frac {dV_{in}}{dt}}

となる。
微分を虚数単位 $j$ と角周波数 $\omega$ で書けば

V_{out}=-j\omega CRV_{in}

となって、直流成分がカットされるある種のハイパスフィルタになる。

積分回路[編集]

電圧を時間積分して出力する回路。

積分回路

上記回路は、反転増幅回路の負帰還をかける抵抗 $R_{2}$ をキャパシタにしたものになっていて

V_{out}=-{\frac {1}{CR}}\int _{0}^{t}V_{in}dt+V_{in}|_{t=0}

となる。
積分を虚数単位 $j$ と角周波数 $\omega$ で書けば(また、初期値を0とする)

V_{out}=-{\frac {1}{j\omega CR}}V_{in}

となって、交流成分がカットされるある種のローパスフィルタになる。

関連項目[編集]

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