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オペアンプ
オペアンプ、またはオペアンプは、高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスを備えた非常に高いゲインの差動アンプです。 オペアンプは通常、電圧振幅の変化、発振器、フィルター回路などを提供するために使用されます。 オペアンプには、非常に高い電圧ゲインを実現するために、複数の差動アンプ段が含まれる場合があります。
これは、出力と入力間の直接結合を使用した高ゲイン差動アンプです。 これは、DCおよびAC操作に適しています。 オペアンプは、計装機器、信号発生器、アクティブフィルターなど、多くの電子機能を実行します。 さまざまな数学的操作に加えて。 この汎用デバイスは、電圧コンパレータ、A/Dコンバーター、D/Aコンバーター、対数増幅器、非線形関数発生器など、多くの非線形アプリケーションでも使用されます。
基本的な差動アンプ
次の図は、基本的な差動アンプを示しています-
上図では-
- * V〜DI〜* =差動入力
- * V〜DI〜* = V〜1〜– V〜2〜
- * V〜DO〜* =差動出力
- * V〜DO〜* = V〜C1〜-V〜C2〜
このアンプは、2つの入力信号V〜1〜とV〜2〜の差を増幅します。
差動電圧ゲイン、
A_d = \ frac \ {V _ \ {DO}} \ {V _ \ {DI}}
and
A_d = \ frac \ {（V _ \ {C1}-V _ \ {C2}）} \ {V _ \ {DI}}
次の図に示すように、基本的なオペアンプは3つのステージで構成されています-
入力ステージ
これは最初の段階で、次の特徴があります。
- 高いCMR（コモンモード除去）
- 高入力インピーダンス
- 広い帯域幅
- 低（DC）入力オフセット
これらは、オペアンプの性能にとって重要な特性です。 この段は差動増幅器段で構成され、トランジスタは定電流源として機能するようにバイアスされています。 定電流源は、差動アンプのCMRを大幅に増加させます。
以下は、差動アンプへの2つの入力です-
- V〜1〜=非反転入力
- V〜2〜=反転入力
中間段階
これは2番目のステージであり、より良い電圧および電流ゲインを得るように設計されています。 オペアンプのほとんどの電力が生成される出力段を駆動するのに十分な電流を供給するには、電流ゲインが必要です。 このステージは、エミッタフォロワとDCレベルシフトステージが後に続く1つ以上の差動アンプで構成されます。 レベルシフト回路により、アンプは1つの出力で2つの差動入力を持つことができます。
| Vout = +ve | when V1 > V2 |
| Vout = -ve | when V2 < V1 |
| Vout = 0 | when V1 = V2 |
出力段
これはオペアンプの最終段であり、出力インピーダンスが低くなるように設計されています。 これにより、負荷を駆動するために必要な電流が供給されます。 負荷が変化すると、出力段から多少の電流が引き出されます。 したがって、出力負荷の影響を受けずに前段が動作することが不可欠です。 この要件は、高い入力インピーダンスと高い電流ゲインを持つようにこのステージを設計することで満たされますが、出力インピーダンスは低くなります。
オペアンプには、*非反転入力*と*反転入力*の2つの入力があります。
上図は、オペアンプの反転タイプを示しています。 反転入力端子に印加される信号は増幅されますが、出力信号は入力信号と位相が180度ずれています。 非反転入力端子に加えられた信号は増幅され、出力信号は入力信号と同相になります。
オペアンプを多数の回路に接続して、さまざまな動作特性を提供できます。
