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オペアンプの基礎

オペアンプとも呼ばれるオペアンプは、さまざまな線形、非線形、および数学演算を実行するために使用できる集積回路です。 オペアンプは、*直接結合高利得アンプ*です。 オペアンプはAC信号とDC信号の両方で動作できます。 この章では、オペアンプの特性と種類について説明します。

オペアンプの構築

オペアンプは、差動アンプ、レベル変換器、出力段で構成されています。 オペアンプの入力段には差動アンプが存在するため、オペアンプは* 2つの入力端子*で構成されています。 これらの端子の1つは「反転端子」と呼ばれ、もう1つは「非反転端子」と呼ばれます。 端子は、それぞれの入力と出力の間の位相関係に基づいて名前が付けられます。

オペアンプの特性

オペアンプの重要な特性またはパラメータは次のとおりです-

• 開ループ電圧ゲイン
• 出力オフセット電圧
• コモンモード除去比
• スルーレート

このセクションでは、以下に示すようにこれらの特性について詳しく説明します-

開ループ電圧ゲイン

オペアンプの開ループ電圧ゲインは、フィードバックパスのない差動ゲインです。

数学的には、オペアンプの開ループ電圧ゲインは次のように表されます-

A _ \ {v} = \ frac \ {v_0} \ {v_1-v_2}

出力オフセット電圧

差動入力電圧がゼロのときにオペアンプの出力に現れる電圧は、*出力オフセット電圧*と呼ばれます。

コモンモード除去比

オペアンプのコモンモード除去比（ CMRR ）は、閉ループ差動ゲイン$ A _ \ {d} $とコモンモードゲイン$ A _ \ {c} $の比として定義されます。

数学的には、CMRRは次のように表すことができます-

CMRR = \ frac \ {A _ \ {d}} \ {A _ \ {c}}

オペアンプのコモンモードゲイン$ A _ \ {c} $は、コモンモード出力電圧とコモンモード入力電圧の比であることに注意してください。

スルーレート

オペアンプのスルーレートは、ステップ入力電圧による出力電圧の最大変化率として定義されます。

数学的には、スルーレート（SR）は次のように表すことができます-

SR = Maximum \：of \：\ frac \ {\ text \ {d} V _ \ {0}} \ {\ text \ {d} t}

ここで、$ V _ \ {0} $は出力電圧です。 一般に、スルーレートは$ V/\ mu \：Sec $または$ V/m \：Sec $で測定されます。

オペアンプの種類

オペアンプは、2つの入力と1つの出力を持つ三角形のシンボルで表されます。

オペアンプには、*理想的なオペアンプ*と*実用的なオペアンプ*の2種類があります。

それらは以下に示すように詳細に議論されています-

理想的なオペアンプ

理想的なオペアンプは理論的にのみ存在し、実際には存在しません。 理想的なオペアンプの*等価回路*は、以下の図に示されています-

理想的なオペアンプ

• 理想的なオペアンプ*は、次の特性を示します-

• 入力インピーダンス$ Z _ \ {i} = \ infty \ Omega $
• 出力インピーダンス$ Z _ \ {0} = 0 \ Omega $
• 開ループ電圧ゲイン$ A _ \ {v} = \ infty $
• （差動）入力電圧$ V _ \ {i} = 0V $の場合、出力電圧は$ V _ \ {0} = 0V $になります
• 帯域幅は*無限*です。 つまり、理想的なオペアンプは、減衰することなく、あらゆる周波数の信号を増幅します。
• コモンモード除去比*（CMRR）*は*無限*です。
• スルーレート*（SR）*は*無限*です。 つまり、理想的なオペアンプは、入力ステップ電圧に応じて出力の変化を即座に生成します。

実用的なオペアンプ

実際には、オペアンプは製造中にいくつかの欠陥があるため、理想的ではなく、理想的な特性から外れています。 実際のオペアンプの*等価回路*は、次の図に示されています-

実用的なオペアンプ

• 実用的なオペアンプ*は、次の特性を示します-

 *入力インピーダンス、$ Z _ \ {i} $* メガオーム*のオーダー。
* 出力インピーダンス、$ Z _ \ {0} $は*数オーム*のオーダーです。
* 開ループ電圧ゲイン、$ A _ \ {v} $は *high* になります。

あなたが実用的なオペアンプを選択するとき、あなたはそれが次の条件を満たすかどうかを確認する必要があります-

• 入力インピーダンス$ Z _ \ {i} $はできるだけ高くする必要があります。
• 出力インピーダンス、$ Z _ \ {0} $は可能な限り低くする必要があります。
• 開ループ電圧ゲイン、$ A _ \ {v} $はできるだけ高くする必要があります。
• 出力オフセット電圧はできるだけ低くする必要があります。
• 動作帯域幅はできるだけ高くする必要があります。
• CMRRはできるだけ高くする必要があります。
• スルーレートはできるだけ高くする必要があります。

注-IC 741オペアンプは、最も一般的で実用的なオペアンプです。