Vout

電圧帰還 (VFB) オペアンプ

52

電圧帰還オペアンプ

電圧帰還オペアンプ

・一般的なオペアンプアーキテクチャ

・二つの入力が高入力抵抗で 電圧入力として使用

・出力から反転入力に負帰還が 施こされ、反転入力の電圧が

非反転入力と等しい電圧に制御される

特徴：

・種々の演算回路（積分や微分回路他）

に使用できる。

・クローズループゲイン（使用ゲイン）が 高くなると周波数特性悪くなる

周波数特性は（１＋^𝑅2

𝑅1)で決まる。

+

電圧帰還型汎用オペアンプ構成

53

NE4558

ロームApplication Note

差動増幅 エミッタ接地増幅

Cc 2I

電圧帰還型汎用オペアンプは

差動増幅＋エミッタ接地増幅＋出力段から 構成されている。

差動増幅＋エミッタ接地の

2

段増幅回路

で約

106dB

のオープンループゲンを確保。

エミッタ接地増幅器の入出力間に接続 されたコンデンサ

Cc

により、一次特性に 位相補償されている。

スルーレートは差動回路の動作電流

(2I)

と 位相補償容量

Cc

により決定される。

オープンループゲイン特性

NE4558

1M

電圧帰還オペアンプのアーキテクチャによる選択

54

汎用オペアンプ： 2 段増幅構成

高精度オペアンプ： 3 段増幅構成

高速オペアンプ： 1 段増幅構成

低歪みオペアンプ： 3 段増幅構成

g

_m

1

A1 +1

C

_C Z_L1

g_m1

A1 A2 +1

Z_L1 Z_L2

A3

C1

C2

R1 g_m1

A1 A2 +1

Z_L1 Z_L2

A3

Z_L3

Cc

ミラー容量による一次特性に位相補償

A

_OL

=106dB 1

段構成増幅のため高速。数百

MH

オペアンプ

A

_OL

=60dB

程度

3

段構成増幅のため高オープンループゲイン 複雑な位相補償。帯域は低い

A

_OL

=130

～

140dB g

_m

1

A1 A2 +1

C

_C

Z_L1 Z_L2 g_m2

出力ﾊﾞｯﾌｧ

3

段構成増幅だが各段局部負帰還で直線性改善 複雑な位相補償。オーディオ帯域での歪み向上

A

_OL

=100dB

複雑な位相補償

セトリング特性は良くない

電圧帰還バイポーラ汎用オペアンプ

55

・ μA741 は 1968 年 Fairchild 社が開発した汎用オペアンプ

・ RC4558 は 1970 年中頃にレイセオン社がオーディオ用に開発

・ NE5532/34 は 1980 年前半に Signitics 社が開発した、低歪みオーディオ用オペアンプ これらオペアンプは、いまだに現役

・汎用オペアンプは各社からセカンドソースあり。ただし特性は各社異なり互換性には要注意

型番 開発もと 回路数 入力タイ プ

ｵｰﾌﾟﾝﾙｰﾌﾟ AOK(dB)

入力ｵﾌｾｯﾄ 電圧(V)

入力ﾊﾞｲｱｽ 電流(A)

入力雑音 電圧V/Hz

入力雑音 電流A/Hz

帯域 (Hz)

ｽﾙｰﾚｰﾄ

(V/μs) 備考

μA741 Fairchild 1 BJT 106 1m 80n 1M 0.5 歴史ある汎用オペアンプ

RC4558 Rayheon 2 BJT 110 0.5m 150n 8n 3M 1.7 汎用＆オーディオ

RC4560 Raytheon 2 BJT 100 0.5m 40n 15M 5.5 4558の出力段強化

RC4580 Raytheon 2 BJT 110 0.5m 100n 5.5n 12M 5 4558性能向上

NE5532 Signetix 2 BJT 100 0.5m 200n 5n 0.7p 10M 9 特にオーディオ用

NE5534 Signetix 1 BJT 100 0.5m 500n 3.5n 0.4p 10M 13 特にオーディオ用

LF356 NS 1 JFET 106 3m 30p 15n 0.01p 5M 12 FET入力パイオニア

TL081/82/84 TI 1/2/4 JFET 106 3m 30p 18n 0.01p 3M 13 FET入力汎用

TL071/72/74 TI 1/2/4 JFET 106 3m 65p 18n 0.01p 3M 13 FET入力汎用

LF412 NS 2 JFET 106 1m 50p 25n 0.01p 4M 15 FET入力汎用

LM2904 NS 2 BJT 100 2m 25n 0.6M 0.5 単一電源

LM358 NS 2 BJT 100 2m 45n 1M 0.25 ローパワー

汎用オペアンプ仕様概要

_仕様値は

_typ

BJT:バイポーラ入力オペアンプ FET：FET入力オペアンプ

汎用オペアンプの高調波歪み

56

シリーズ 型番 メーカ 歪み(%）

5532/34 NE5534P TI 0.00040

NE5532AP TI 0.00040

NJM5532DD NJRC 0.00077

NE5532N Signetics 0.00123

4500系 NJM4556ADD NJRC 0.00077

NJM4580DD NJRC 0.00094

UPC4570 NEC 0.00126

NJM4565D NJRC 0.00153

UPC4560C NEC 0.00210

RC4558P TI 0.00299

NJM4560DD NJRC 0.00421

NJM4558DD NJRC 0.00435

UPC4558C NEC 0.01450

2000系 NJM2068DD NJRC 0.00081

NJM2043DD NJRC 0.00086

NJM2041D NJRC 0.00180

741系 UPC741C NEC 0.00909

MC1741CP Motorola 0.04030

UA741CN STM 0.04160

データ http://blogs.yahoo.co.jp/denshiyorimichi/50206283.html

汎用

/

オーディオオペアンプ

2

次＋

3

次歪み特性例 周波数4KHz、負荷2.5KΩ、電源±15V

同一型番でも製造メーカ異なると、かなり歪み値が異なる。 互換性に注意のこと

型番 THD 1KHz(dB)

THD 10KHz(dB)

NJM5532 -122 -117

NJM4580 -120 -105

NJM4560 -117 -101

NJM2082 -112 -94

NJM2114 -121 -115

OPA627 -122 -113

LM833 -119 -105

LF356 -118 -90

TL072 -108 -91

汎用オペアンプ THD 測定例

高精度、低雑音オペアンプ

57 世代 型番 ｵｰﾌﾟﾝﾙｰﾌﾟ

AOK(dB)

入力ｵﾌｾｯﾄ 電圧(V)

オフセット電 圧ﾄﾞﾘﾌﾄV/℃

入力ﾊﾞｲｱｽ 電流(A)

入力ｵﾌｾｯﾄ 電流(A)

入力雑音 電圧V/Hz

入力雑音 電流A/Hz

帯域 (Hz)

ｽﾙｰﾚｰﾄ (V/μs)

電源電流

（A)

1st OP07 114 30μ 0.3μ ±1.2n 0.5n 9.6n 0.12p 600k 0.2 1.7m

2nd OP77 142 10μ 0.1μ +1.2n 0.3n 10n 600k 0.3 1.7m

3rd OP177 142 10μ 0.1μ +1.2n 0.3n 10n 600k 0.3 1.2m

4th OP1177 130 15μ 0.2μ +0.5n 0.2n 7.9n 0.2p 1.3M 0.7 0.4m

5th AD8677 140 45μ 0.5μ 0.2n 0.2n 10n 0.07p 600k 0.2 1.1m

6th AD4077 130 10μ 0.1μ -0.4n 0.1n 6.9n 0.2p 3.6M 1.2 0.4m

高精度オペアンプ OP07 系の進化

_{電源±15V、仕様はtyp値、}Analog Devices

型番 ｵｰﾌﾟﾝﾙｰﾌﾟ A_OK(dB)

入力ｵﾌｾｯﾄ 電圧(V)

オフセット電 圧ﾄﾞﾘﾌﾄV/℃

入力ﾊﾞｲｱｽ 電流(A)

入力ｵﾌｾｯﾄ 電流(A)

入力雑音 電圧V/Hz

入力雑音 電流A/Hz

帯域 (Hz)

ｽﾙｰﾚｰﾄ

(V/μs) 備考

OP27 125 10μ 0.2μ ±10n 7n 3n 0.4p 8M 2.8 ^{初代低雑音}

LT1028 150 10μ 0.2μ ±25n 12n 0.85n 1p 10M 15 ^高AOL

AD797 146 25μ 0.2μ 0.25μ 100n 0.9n 2p 110M 20 ^{低ﾉｲｽﾞ高速}

OP627 120 40μ 0.4μ 1p 0.5p 5.2n 1.6f 16M 55 ^FET入力

低雑音オペアンプ

_{電源±15V、仕様はtyp値}

製造メーカ：

OP27(ADI),LT1028(LTC),AD797(ADI).OP627(TI)

汎用と高精度との境は？

58

分解能

1LSB

^相当

ビット数

N 2

^N

% FS ppm FS dB FS

2 4 25 250,000 -12

4 16 6.25 62,500 -24

6 64 1.56 15,625 -36

8 256 0.39 3,906 -48

10 1,024 0.098 977 -60

12 4,096 0.024 244 -72

14 16,384 0.0061 61 -84

16 65,536 0.0015 15 -96

18 262,144 0.0004 4 -108

20 1,048,576 0.0001 1 -120 22 4,194,304 0.000024 0.24 -132 24 16,777,216 0.000006 0.06 -144

分解能 12bit 程度までが汎用アナログ設計範囲、

それ以上の精度だと高精度アナログ設計領域

ppm=10

⁻⁶ 20𝐿𝑜𝑔 1 2^𝑁

汎 用 域

高

精

度

域

高速オペアンプ ( 電圧帰還型）

59 型番 ｵｰﾌﾟﾝﾙｰﾌﾟ

AOK(dB)

入力ｵﾌｾｯﾄ 電圧(V)

オフセット電 圧ﾄﾞﾘﾌﾄV/℃

入力ﾊﾞｲｱｽ 電流(A)

入力雑音 電圧V/Hz

帯域 (Hz)

ｽﾙｰﾚｰﾄ (V/μs)

最大電源

電圧(V) 備考

AD8099 ADI 85 0.1m 2.3μ -6μ 0.95n 510M 1350 12.6 x5周波数帯域

AD8021 ADI 86 0.4m 0.5μ 7.5μ 2.1n 490M 120 24

ADA4895 ADI 108 53μ 0.15μ -11μ 1n 236M 943 11 ^{x10周波数帯域}

ADA4898 ADI 103 20μ 1μ -0.1μ 0.9n 65M 55 36

THS4211 TI 70 3m 40μ 7μ 7n 1G 970 15

THS4304 TI 65 0.5m 5μ 7μ 2.4n 3G 830 6

OPA836 TI 125 65μ 1μ 650n 4.6n 200M 200 5.5

LM6171 TI 90 1.5m 6μ 1μ 12n 160M 3600 34 Quad Core

高スルーレートの得られる Quad Core 型電圧帰還 オペアンプ (LM6171)

+V

-V

ドキュメント内 アナログ回路設計のコツ (ページ 52-59)