オペアンプ基礎
2020年9月30日 群馬大学協力研究員 東京電機大学非常勤講師 中谷 隆之 １）オペアンプとは？（理想オペアンプ） ２）増幅器回路の基本 ・反転増幅器と非反転増幅器 ３）負帰還の効果 ・精度や歪の改善 ・入力抵抗の理想化、出力抵抗の理想化 ４）キーとなるオペアンプ仕様 ・ＤＣ特性（入力バイアス電流、オフセット電圧/電流と温度ドリフト） ・ＡＣ特性（周波数特性、スルーレート、歪、雑音など） ５）電圧帰還オペアンプと電流帰還オペアンプ ・汎用、高精度、高速オペアンプの選択 ・電圧モードオペアンプと電流モードオペアンプの選択実践的
オペアンプ(演算増幅器）
2 オペアンプはアナログ回路設計における基本コンポーネント。 名前の通り、様々な演算（線形演算、非線形演算）が可能なコンポーネント オペアンプを用いた回路設計のポイントを理解しよう。 線形回路応用： ・増幅（ゲインアンプ） ・信号加減算 ・差動増幅 ・電圧源 ・電流源 ・電圧-電流変換 ・電流-電圧変換 ・アクティブフィルタ ・積分回路 ・微分回路 など 非線形回路応用： ・対数演算 ・指数演算 ・平方根演算 ・乗算/除算演算 ・絶対値演算 ・正弦波発振 ・方形波、三角波発振 ・リミッタ回路 など http://www.philbrickarchive.org/1952年
世界初 商用真空管オペアンプ K2-W GAP/R社 (George A Philbrick) 真空管：12AX7 2本 ゲイン：X15,000 (84dB) 電源：±300V4.5mA 信号レンジ：±50V 価格：20ドル 用途： アナログコンピュータ 1963年世界初 モノリシックオペアンプ μA702 Fairchild ゲイン：68dB 電源：+12V/-6V 価格：300ドル（売れず） 1965年 μA709 Fairchild ゲイン：94dB 電源：±15V 商業的に大成功Operational Amplifier
オペアンプ重要技術 ・負帰還(Negative Feedback) ・差動対( Differential Pair)理想オペアンプ
理想オペアンプの条件
・オープンループゲインが無限大
・入力インピーダンスが無限大
すなわち入力電流がゼロ
・出力インピーダンスがゼロ
すなわち出力電流による出力電圧変化なし
・周波数特性が無限大
・パルス立ち上がりや立下り時間がゼロ（スルーレートが無限大）
・入力オフセット電圧がゼロ。温度影響なし
・内部雑音ゼロ
実際のオペアンプ回路設計では、 ・まず理想オペアンプで回路設計を行い ・次に様々な特性劣化要因、誤差要因 を検討して最適なオペアンプを選択し回路設計 を行うとやりやすい。Ideal Op Amp.
出力
反転入力
非反転入力
+
-
A
Non-inverting input inverting inputA
反転入力 非反転入力 オペアンプのシンボル この様なシンボルもある4
基本的な使い方：反転増幅回路
いろいろな言い方 バーチャル・ショート バーチャル・グランド イマジナリ・ショート イマジナリ・グランド 仮想接地、仮想グランド、 仮想短絡 二つの入力端子（反転入力と非反転入力端子）の電圧差が 0V というバーチャル・ショート （仮想短絡）の考えを利用すると回路設計が簡単。そうすればオームの法則程度で設計可能。 入力 出力Vout
Vin
0V
R1
R2
仮想接地 基準点R1
R2
Vin
Vout
仮想接地V1≈0V
電流I
反転増幅回路は
シーソーと同じ考え方
負帰還が正しく動作していると、 ・オペアンプの反転入力はバーチャルグランド（V1≈ 0V
) ・入力電流はI=Vin/R1
・この電流はR2にのみ流れて、R2の両端にVR2=Ix R2
すなわち 電流 I𝐕𝐨𝐮𝐭 = −𝐈 𝐱 𝐑𝟐 = −𝐕𝐢𝐧
𝐑𝟐
𝐑𝟏
𝑮𝒂𝒊𝒏 = −
𝑹𝟐
𝑹𝟏
反転ゲイン式Inverting amplifier
R1,R2抵抗の絶対精度ではなく比精度が重要
反転増幅回路の特徴
反転増幅回路の特徴
・入出力の位相が反転 ・入力抵抗が低い（Rinになる） ・CMRR（同相信号除去特性）の影響受けない 反転入力の電位が固定されて入る為 ・簡単に信号の加算回路が作れるRin
Rf
Vin
Vout
入力抵抗 帰還抵抗R1
R2
Rf
Vin1
Vin2
Vout
信号の加算
~
~
𝑽
𝒐𝒖𝒕= −
𝑹
𝒇𝑹
𝟏𝑽
𝒊𝒏𝟏+
𝑹
𝒇𝑹
𝟐𝑽
𝒊𝒏𝟐 Rの最適抵抗値範囲(経験的に） ・高精度DC応用：10K~100KΩ 高い抵抗精度（組抵抗）得るには100KΩが限度 抵抗値大きくすると抵抗雑音が増加 ・Audio帯域応用：2K~20KΩ 周波数帯域確保、抵抗からの雑音低くするため ・Video帯域応用：200～2KΩ 周波数帯域確保するため抵抗値は高くできない これ以上抵抗下げると電力増加と歪増加信号切り替え/ゲイン切り替え回路
6反転増幅回路＋CMOSスイッチ
で入力切替やゲイン切り替え回路を構成 すると、CMOSスイッチのON抵抗がゲイン 精度に影響する. CMOSスイッチのON抵抗は数十～数百Ω しかも、温度や信号レベルでON抵抗が変化R1
R2
R3
Vin1 Vin2 CMOSスイッチr
on1r
on2 Vout反転増幅
反転増幅回路でCMOSスイッチのON抵抗が問題とならないゲイン切り替え
Vin1 Vin2 VOUT R1 R2 R3 R4 SW1 SW2 Vin VOUT R1 R2 R3 SW1 SW2𝐆
𝐚𝐢𝐧1=-
𝐑𝟐+𝐑𝟑 𝐑𝟏𝐆
𝐚𝐢𝐧𝟐=-
𝐑𝟑 𝐑𝟏+𝐑𝟐基本的な使い方：非反転増幅回路
非反転増幅回路でも
バーチャル・ショート
（仮想短絡）の考えを利用する。
非反転増幅回路の特徴
・入出力の位相が同相 ・入力抵抗が極めて高い。この特徴が重要 CMOSスイッチを用いたゲイン切り替え回路 などに多用されるR1
R2
Vin
Vout
0V
GND
非反転増幅器の考え方
負帰還が正しく動作していると、 ・反転入力は非反転入力電位が入力電圧に と等しくなる ・R1,R2に流れる電流は、I=Vin/R1 ・出力VoutはR1とR2にかかる電位の足し算 Vout=Vin+(I x R2) すなわち𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝑽𝒊𝒏 + (
𝑽𝒊𝒏
𝑹𝟏
R2)=Vin(1+
𝑹𝟐
𝑹𝟏
)
Non-inverting amplifier
Vin
Vout
R1
R2
ﾊﾞｰﾁｬﾙｼｮｰﾄで この電位はVin 電流I
Vin
非反転増幅ゲイン式 𝐈 = 𝐕𝐢𝐧 𝐑𝟏𝑮
𝒂𝒊𝒏
=1+
𝑹
𝟐𝑹
𝟏信号切り替え/ゲイン切り替え回路
8非反転増器の入力インピーダンスが非常に大きい（理想オペアンプでは無限大）特性を利用
・信号源抵抗Rsの影響を無視できる
・非反転増幅回路をゲイン切り替えに使用すると、CMOSスイッチのON抵抗が無視できる
CMOSスイッチR1
R3
R2
r
on1r
on2 +-～
VinRs
Vs
信号源 Zin=∞
Zin =∞
Vout+
-ゲインを決める抵抗は 高精度レシオ特性(比精度）を持つ アレイ抵抗（組抵抗）使用 CMOSオン抵抗ronの影響は、オペアンプ反転入力 インピーダンスが高いため無視できる
非反転増幅
Gain𝟏 = 𝟏 +
𝐑𝟏 𝐑𝟐+𝐑𝟑𝐆ain2=1+
𝐑𝟏+𝐑𝟐 𝐑𝟑CMOSアナログスイッチを用いたゲイン切り替え回路
9・非反転増幅でX1,X10,X100,X1000ゲイン切り替え
・AD797はバイポーラ入力超低雑音オペアンプ。等価入力雑音 0.9nV/√Hz(typ)
・ADG412は汎用CMOSアナログスイッチ。Ron＝25Ω(typ)、ton=175ns(typ)
CMOS
アナログスイッチRon
特性ADG412
10K 1K 100Ω 11.1Ω x1 x10 x100 x1000 20p 1K 1K 1K +15V -15V 1K Vin Vout スイッチ 制御 （TTL) 0.1μ 0.1μ 0.1μ 0.1μ 0.1μ ADG412 AD797 +15V -15V反転増幅＋非反転増幅組み合わせ：信号加減算回路
10 ・オペアンプの反転、非反転回路を組み合わせると信号の加減算回路（差動回路）を構成できる ・左回路だと入力抵抗低いので、各入力に非反転増幅回路を付加して高精度差動回路 （Differential Amplifier)を実現。加減算（差動）回路
V
in1V
in2R1
R2
R3
R4
V
OUT R1=R3 R2=R4とすると𝑽𝒐𝒖𝒕 =
𝑹𝟐 𝑹𝟏(V
in2-V
in1)
差動回路：Vdiff差動信号のみ増幅しVCOM同相信号(誘導雑音など）は除去 R1 R3 R2 R4 R5 R6 R7 + +-V
OUT Vin1 Vin2V
diff VCOM～
～
高精度差動増幅回路
R1=R2 R4=R5=R6=R7 とするとVout=(1+
𝟐𝐑𝟏𝐑𝟑) 𝐕𝐢𝐧𝟐 − 𝐕𝐢𝐧𝟏 =
(1+
𝟐𝐑𝟏 𝐑𝟑)𝐕
𝐝𝐢𝐟𝐟 Vin1 Vin2 差動信号 (信号成分） 同相信号 （雑音成分） Note:右回路も仮想短絡の考え方使えばオームの法則で解析可能負帰還システム
11・負帰還は1927年にベル研のHarold S. Blackにより発明
・増幅度Aを有する増幅器出力から帰還増幅度β（通常減衰系）を介した信号を
入力に負帰還する。増幅度Aが充分に大きいと、ゲインはβにより決まる。
負帰還の効果を知る
Negative Feedback
β回路は一般的に抵抗網で構成増幅度
A
帰還増幅度
β
Σ
+
-入力
Vin
出力
Vout
帰還
V
βVout=A 𝑽
𝒊𝒏− 𝑽
𝜷=A 𝑽
𝒊𝒏− 𝜷𝑽
𝒐𝒖𝒕𝑽
𝒐𝒖𝒕𝑽
𝒊𝒏=
𝟏
𝜷
𝟏
𝟏 +
𝑨𝜷
𝟏
Vout
V
βR1
R2
β=
𝑹𝟏 𝑹𝟏+𝑹𝟐𝑽
𝜷=
𝑹𝟏
𝑹𝟏 + 𝑹𝟐
𝑽
𝒐𝒖𝒕 Harold S. Black負帰還の基本原理と効果
12負帰還：
オペアンプ出力を位相反転して入力へ帰還すること 負帰還の主な効果 ・安定なゲインの確保、高精度化、歪の改善 ・オペアンプ出力インピーダンスの低減 ・オペアンプ入力インピーダンスの増加負帰還動作時の入出力関係式
Vout=Vin
𝑨
𝟏+𝑨𝜷
𝛃 =
𝐑𝟏
𝐑𝟏 + 𝐑𝟐
Vin
Vout
R1
R2
β回路
A
・オープンループゲイン：A
・帰還率：β
・ループゲイン：Aβ
・帰還量：1+Aβ
・クローズループゲイン：G
Vin
+
-
A
Vout
負帰還 ループβ
βVout
𝑮 =
𝑽𝒐𝒖𝒕
𝑽𝒊𝒏
=(1+
𝑹𝟐
𝑹𝟏
)(
𝟏
𝟏+
𝟏 𝑨𝜷)
𝟏 𝜷 誤差項負帰還の効果：高精度化
例えばオープンループゲイン
A
OL=100dB(=10
5)を有するオペアンプで、クローズゲイン
A
CL=40dB（ｘ100）で使用すると、帰還量Aβは60dBとなり、精度、歪などが60dB(x1000
または
1/1000)改善される
𝑽𝒐𝒖𝒕
𝑽𝒊𝒏
=(1+
𝑹𝟐
𝑹𝟏
)(
𝟏
𝟏+
𝟏 𝑨𝜷)
誤差項 周波数(Hz) 100 80 60 40 20 0ゲ
イ
ン
(d
B)
10 100 1k 10k 100k 1Mクローズループゲイン:
ACL=1+R2/R1オープンループゲイン:A
OL帰還量 1+Aβ
（≒ループゲインAβ
）-6dB/oct(-20dB/dec)
の一次特性
帰還量(1+Aβ)≈ 𝑨β
これが精度や歪の改善に 寄与する回路設計では、この
帰還量が必要な精度
を満たす様に設計
帰還量60dBだと0.1%精度 0.01%精度必要なら 帰還量は80dB確保 周波数2倍で-6db減衰 周波数10倍で-20dB減衰負帰還：オープンループゲインが及ぼす精度
14 1M 100K 10K 1K 100 10 1 0 -1.0 +40 +100 +120 ゲ イ ン 誤 差(%
)
-0.5 ゲ イ ン(dB)
拡大
オープンループゲイン120dBと100dBオペアンプ（ユニティゲイン周波数は1MHzで同じ）
クローズループゲイン20dB(x100)としたときの、ゲイン精度をシミュレーション
A
OL=120dBオペアンプではゲイン誤差0.01%,A
OL=100dBオペアンプではゲイン誤差0.1%
𝐀𝐎𝐋 = 𝟏𝟐𝟎𝐝𝐁 𝟏0𝟎𝐝𝐁 𝐀𝐂𝐋 = 𝟒𝟎𝐝𝐁(𝐱𝟏𝟎𝟎) 𝐀𝐎𝐋 = 𝟏𝟎𝟎𝐝𝐁クローズループゲイン精度
シミュレーション負帰還：ノイズゲインと信号ゲイン
15 信号ゲイン=1+R2/R1
信号ゲイン=-R2/R1
信号ゲイン=-R2/R1
信号ゲイン=-R2/R3
信号ゲイン=-R2/R1
ノイズゲイン=1+R2/R1
ノイズゲイン=1+R2/R1
ノイズゲイン=1+𝐑𝟏∕∕𝐑𝟑𝐑𝟐 ノイズゲイン=1+𝐑𝟏∕∕𝐑𝟑𝐑𝟐 ・Vin入力に対するVout出力へは 信号ゲインで決まる ・電圧ノイズやオフセット電圧は ノイズゲインで決まる ・負帰還の安定性に寄与するβは ノイズゲインによる ・非反転増幅器では、信号ゲインと ノイズゲインは同じ ・反転増幅器では、信号ゲインと ノイズゲインが異なる ・負帰還回路で（D)の様にR3追加すると 帰還の安定性は向上するが 精度劣化、雑音増加、 オフセット電圧誤差増加を伴う (A)非反転増幅 (C)反転加算増幅 (B)反転増幅 (D)位相補償でR3追加 Vin Vout+
-Vin1 Vin2 Vout R1 R2 R1 R2 R3+
-Vin Vout R1 R2 R3+
-Vin Vout R1 R2+
-信号ゲイン：入出力間の信号ゲイン
ノイズゲイン：帰還量を決め、精度を決める
非反転増幅では 信号ゲイン＝ノイズゲイン実際のオペアンプオープンループゲイン直線性
16 入力 30μV出力
20V
8μV -27%高精度オペアンプOP177の
オープンループDC直線性の例
・オープンループゲイン AOL≒20V/30μV=6.67x105=116dB ・±10V出力における、エンドポイント 法での最大非直線性誤差は 約27%
もある。図はOP177データシート Analog Devices
・オープンループ直線性があれば簡単にゲイン補正で精度維持可能 ・実際のオペアンプにおけるオープンループゲインは非安定性、非直線性が数十%にも及ぶ 原因は温度、負荷、電源電圧、信号レベル依存性ほか様々 ・このため負帰還で必要精度を確保するには帰還量1+Aβが必要 入力 出力
オペアンプの出力インピーダンス特性
シミュレーション オペアンプAol特性 100dB 0dB 1MHz 10Hz負帰還を施したオペアンプの出力インピーダンス
A
+
-オープンループ 出力抵抗Ro
オペアンプはオープンループで数十～数百Ωの出力抵抗がある。
負帰還をかけると、出力インピーダンスは帰還量だけ改善（出力インピーダンスが低下）
Zo
𝒁𝒐 ≈
𝑹𝒐
𝑨𝜷
オープンループ特性が周波数特性を持つので、周波数高くなると帰還量が減り 出力インピーダンスは高なる。Aβが80dBあればRoが
𝟏 𝟏𝟎𝟒倍される
10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100 10 1 100m 10m 1m 出 力 イ ンピーダンス Zo (Ω ） 周波数 (Hz)出力インピーダンス特性
（シミュレーション） ・非反転バッファ ・オープンループゲイン100dB ・ユニティゲイン周波数1MHz ・ｵｰﾌﾟﾝﾙｰﾌﾟ出力抵抗100Ωオペアンプの入力インピーダンス特性
18 オープンループ入力抵抗Rin=100KΩとした時の、入力インピーダンス特性（シミュレーション） シミュレーション オペアンプAol特性 100dB 0dB 1MHz 10Hz負帰還によりバイポーラ入力オペアンプの入力抵抗を理想に近づける
オープンループ入力抵抗値が、負帰還効果で
Aβ倍される。
A
+
-Zin
𝑍𝑖𝑛 = 𝐴β Rin
オープンループ特性が周波数特性を持つので、周波数高くなると帰還量が減り 入力インピーダンスは低くなる。Aβが80dBあればRinが10
4倍される
100k 1M 10M 100M 1G 10G0dB
20dB
1M 100k 10k 1k 100 10 𝐀𝐂𝐋 = 𝟒𝟎𝐝𝐁 周波数 (Hz) 入 力 イ ンピー ダンス (Ω ）負帰還：負帰還系の安定性に留意
・一般的な汎用オペアンプは、単一極のみを持つ一次特性に内部位相補償されている。 このため、x1～Aolまでのクローズループゲインにおいて、安定して使用可能（発振しない） ・オープンループ特性に2つ以上の極を持つと、クロズーループゲンイをx1からfp2の範囲で使用 すると発振。fp1～fp2の範囲で使用すれば負帰還の系は安定。 ｸﾛｰｽﾞﾙｰﾌﾟｹﾞｲﾝ 全て範囲で 負帰還系は安定 この範囲だと不安定 (発振） この範囲だと 安定 周波数(Log） 周波数(Log）fp1
fp1
fp2
オ ー プ ン ルー プゲイ ン (d B ) オ ー プ ン ルー プゲイ ン (dB ) -6dB/oct (-20dB/dec) -6dB/oct (-20dB/dec) -12dB/oct (-40dB/dec)0
0
0
A
OLA
OLA
CLA
CL2つの極（時定数）を持つ負帰還
20 2つの極(時定数）を持つオペアンプ回路において、2つ目の極をfp2とすると ・クローズループゲインACLをfp2以上とすると不安定 ・ACLがfp2だと、周波数特性上に+3dBのピーク発生(位相余裕45度） ・ACLを1/fp2以下とすると、ピークの発生はほとんどない（位相余裕60度） ・fp2の極が不安定性に影響する低いACLで使用する場合は、位相補償を行う 極-ゼロ補償や、fp1を低い周波数に移すなど fp1に極を持つオペアンプRo
CL
負帰還+
-RoとCLによる fp22つの極（時定数）が出来る例
負荷容量A
OLA
CLf
p2f
p1-6dB/oct(-20dB/dec)
-12dB/oct (-40dB/dec)
f
C< f
p2/2
周波数 (Hz) クローズループゲインACLを この範囲で使用する クローズループゲインACLを この範囲で使用すると不安定 ゲ イ ン (d B)オペアンプの主な仕様
入力特性 主な単位 AC動的特性 主な単位 入力オフセット電圧 (Vos) mV ゲインバンド幅積 (GBW) MHz オフセット電圧ドリフト (dVos/dT) μV/℃ フルパワーゲインバンド幅 (FPBW) MHz 入力バイアス電流 (Ib) nA スルーレート (SR) V/μs 入力オフセット電流 (Ios) nA 高調波歪み (HD2,HD3) % 同相入力電圧範囲 (Vcm) V 全高調波歪み＋雑音 (THD+N) % 同相信号除去比 (CMRR) dB セトリング時間 (ts) μs オープンループループゲイン (Aol) dB 入力インピーダンス (Zin) kΩ//pF 雑音特性 入力電圧雑音 (En:0.1～10Hz) μV/p-p 出力特性 等価入力電圧雑音密度 (en) nV/ HZ 出力電圧範囲 (Vo) V 等価入力電流雑音密度 (in) nA/ HZ 最大出力電流 (Io) mA 短絡電流 (Is) mA 電源特性 出力インピーダンス (Zo) Ω 電源電圧 (Vs) V 最大容量負荷 (Cload) pF 静的電源電流 (Is) mA 電源電圧変動 (PSRR) dB代表的なオペアンプ仕様
オペアンプの仕様を理解しよう入力オフセット電圧・バイアス電流・オフセット電流
22 入力オフセット電圧は、オペアンプ入力段を構成する 2つのトランジスタ（差動回路）のベース-エミッタ間電圧Vbe
差により発生。 FET入力オペアンプでは差動構成FETのゲート-ソース間 電圧Vgs
差により発生。 入力バイアス電流は、入力トランジスタのベース電流. FETではゲート電流は、ほとんど無視できる。 入力オフセット電流は、＋入力と-入力の 入力バイアス差 Ios=Ib(+)-Ib(-) 入力オフセット電圧Vos
I
b+I
b-入力バイアス電流A
+
-2I
I
I
Q1
Q2
FET入力オペアンプ
入力部
+
-𝑉
𝑂𝑆= 𝑉
𝑔𝑠1− 𝑉
𝑔𝑠2 入力オフセット電圧2I
I
I
Q1
Q2
バイポーラ入力
オペアンプ入力部
+
-Ib+
Ib-𝑉
𝑂𝑆= 𝑉
𝑏𝑒1− 𝑉
𝑏𝑒2 入力オフセット電圧 入力 バイアス電流 入力バイアス電流 はpADifferential pair
入力オフセット電圧・バイアス電流・オフセット電流の影響
オペアンプの入力オフセット電圧Vosおよび入力バイアス電流Ibの影響を計算
出力換算オフセット誤差
(RTO)=Vos 1 +
𝑅2 𝑅1+ {𝐼
𝑏+⋅ 𝑅
31 +
𝑅2 𝑅1} − (𝐼
𝑏−⋅ 𝑅
2)
入力換算オフセット誤差
(RTI)=𝑉
𝑂𝑆+ 𝐼
𝑏+⋅ 𝑅
3− 𝐼
𝑏− 𝑅1∙𝑅2 𝑅1+𝑅2ただし 𝑅
3=
𝑅1∙𝑅2 𝑅1+𝑅2ならば
入力換算オフセット誤差
(RTI)=𝑉
𝑂𝑆ノイズゲイン
=𝟏 +
𝐑𝟐 𝐑𝟏V
in1に対する
信号ゲイン=𝟏 +
𝐑𝟐 𝐑𝟏V
in2に対する
信号ゲイン
=−
𝐑𝟐 𝐑𝟏+
-入力オフセット電圧 入力バイアス電流 Refer to output Refer to input
FET
入力オペアンプの入力バイアス電流
24FET入力オペアンプの入力バイアス電流はバイポーラ入力タイプに比べ極めて低い
FETゲート電流は、周囲温度＋自己発熱により大きく影響され、10度で2倍
増加する。 また入力レベル（CMV：同相電圧）によりバイアス電流が変化する。 高インピーダンス部分の高精度回路設計では要注意。 汎用FET入力 オペアンプ（LF412) 入力バイアス電流 約５０ｐA 汎用FET入力 オペアンプ（LF412) 入力バイアス電流 温度特性 高速・高精度FET 入力オペアンプ （OP627) 入力バイアス電流 TIデータシートより 100 80 60 40 20 0 10 5 0 -5 -10 同相（入力）電圧 (V) 入 力 バ イ ア ス 電 流(P A ) 1p 10p 100p 1n 10n 入 力 バ イ ア ス 電 流(A) -50 0 50 100 温度 (℃) -50 0 50 100 150 接合部温度 (℃) 1p 10p 100p 1n 10n 0.1p 入 力 バ イ ア ス 電 流(A ） OPA627入力 バイアス電流 温度特性 1.0 1.1 1.2 0.9 0.8 0 15 -15 同相(入力）電圧 （V) 入 力 バ イ ア ス 電 流( 倍 率 ）オープンループゲイン特性
25 汎用タイプLF412 オープンループゲインA
OL=106dB
高精度タイプOP177 オープンループゲインA
OL=140dB
ビデオ用高速タイプAD8045 オープンループゲインA
OL=63dB
・DCにおけるオープンループゲインA
OLは
汎用オペアンプで約106ｄB,高精度タイプで１20dB以上、ビデオ用で約60ｄB
・基本的には1次特性（－6ｄB/oct,－20ｄB/dec)になっており、0dBのクローズループで
使用しても安定となるように内部位相補償されている
・広帯域オペアンプではx2やx10以上で安定となるように内部位相補償してある品種もある
100 0 80 60 40 20 120 1M 10K 100 1 利 得(dB) 周波数 (Hz) 0 80 40 120 140 1M 10K 100 1 0.01 周波数 (Hz) 利 得 (d B ) 0 20 40 60 1G 10M 100K 1M 100M 0 -90 -180 -270 -360 位相 ゲイン 利 得 (d B ) 位 相 (d e g)同相信号除去（CMRR)特性
26 オペアンプの入力電圧が変化すると 同相信号除去特性（CMRR)を受け 入力部での誤差要因となる。 ・非反転増幅回路で影響 ・反転増幅回路では影響受けない 反転、非反転入力が≒0Vのため ・CMRRは周波数特性を有する オープンループ（AOL)に似た特性非反転増幅器では、必ずCMRR特性に
よる精度劣化を伴う
高精度オペアンプのCMRR特性例 100K 10K 1K 100 10 150 140 130 120 110 100 90 80 CMRR( dB ) 周波数 (Hz) OP177Common mode rejection ratio
ADIデータシートより
非反転増幅におけるCMRRによる誤差
A
+
-
CMRR=100dB
とすると CMRRによる誤差10
5入力レベル（CMV)により変化するCMRRおよびオフセット誤差
27 ・入力電圧（CMV)範囲において、CMRR特性が 変化するオペアンプがある。 ・特にCMOSオペアンプRail to Rail特性に注意 ・（＋）入力と（－）入力でCMRRが相違 ・ある入力レベルの所でCMRRに段差を生ずる ・入力同相電圧で入力バイアス電流が変化 するオペアンプがある。入力同相電圧でCMRR特性が変化するオペアンプ例
CMRRhttp://www.rohm.co.jp/web/japan/news-detail?news-Common mode voltage
電源電圧変動（PSRR)
28PSRRは電源電圧の変動がオペアンプ出力に及ぼす影響。
・PSRRは周波数特性を有する。オープンループゲイン特性と近い特性
・高い周波数でのPSRRが悪くなるので、最適なパスコンによるデカップリングが重要
オペアンプ電源にスイッチング電源使用するとスイッチング雑音がオペアンプ出力に重畳される 1M 10K 100 1 140 120 100 80 60 40 20 0 周波数 (Hz) PSR R (d B)OP177
オペアンプのPSRR特性例
Power supply rejection ratio
OP177データシート Analog Devices
電源ピンは“入力信号ピン”と考えよ
電源ﾋﾟﾝ 0.1μFｾﾗｺﾝ 100μF～ 電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ 電源 入力+V
-V
数十μF電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ 数十μF電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ ～5cm 100μF～ 電解ｺﾝﾃﾞﾝｻ+
+
+
+
A
ノイズ特性：オペアンプ電圧ノイズと電流ノイズ
等価入力電流ノイズ密度
電流ノイズは1Hzあたりの密度で表す𝑖
𝑛=pA/ 𝐻
𝑍またはnA/ 𝐻
𝑍 オペアンプ雑音は、fc周波数より高い周波数 では、フラットなノイズ特性（ホワイトノイズ） 特性を有する。 fc以下では、1/fの周波数特性でノイズが 増加する1/fノイズ特性を有する。 またオペアンプは電圧性ノイズと電流性ノイズ がスペックされる。 ノイズは1Hzあたりの密度で定義される等価入力電圧ノイズ密度
電圧ノイズは1Hzあたりの密度で表す𝑒
𝑛= 𝑛𝑉/ 𝐻
𝑍 周波数 (Hz) 雑音密度 nV/ 𝑯𝒁k
f
C 𝟏 𝒇コーナ周波数 -3dB/octave𝑒
𝑛= 𝑘 𝑓
𝑐1
𝑓
1/fﾉｲｽﾞ ホワイトノイズ+
~
等価入力 ノイズ電圧密度e
nI
n+I
n-等価入力電流 ノイズ密度+
抵抗から発生するノイズは大きい
30全ての抵抗は次式で表される熱雑音e
nを発生する。
抵抗値が大きくなるとノイズが増加し、また温度が上昇してもノイズが増加する
R:抵抗値 (Ω)
T:絶対温度 T(K)=T（
℃)+273
B:ノイズ帯域(Hz)
K:ボルツマン定数 (1.38 x10
-23J/K)
27℃において ・50Ωの抵抗は0.9nV/ 𝐻𝑍 ・1KΩの抵抗は4nV/ 𝐻𝑍 ・10KΩの抵抗は12.7nV/ 𝐻𝑍のノイズを発生 オペアンプ用いたノイズ設計では、 ・オペアンプ電圧ノイズ、電流ノイズ ・抵抗熱雑音（結構大きい） ・ノイズは周波数帯域の関数 に留意した設計を行うこと𝒆
𝒏
= 𝟒𝒌𝑻𝑩𝑹
(𝑉𝑟𝑚𝑠/ 𝐻𝑍)抵抗の熱雑音
1 0.1 10 100 1000 雑 音 電圧 密 度 (nV / 𝑯𝒁 ) 抵抗値 (Ω） 1 10 100 1K 10K 100K 1M 27℃ノイズ帯域とrms/p-pノイズ
ノイズ計算するときの帯域はノイズ帯域。
一次特性の（
-3ｄB)帯域とは異なる。
rmsとp-pノイズの関係
ノイズ計算はrms実効値で計算される。 rms実効値とp-p雑音の関係は ノイズがガウシアン分布と仮定し、 一般的にp-p≈6.6 x rms
で扱われるp-p値
左記p-pを
外れる確率
2 x rms
32%
3 x rms
13
4 x rms
4.6
5 x rms
1.2
6 x rms
0.27
6.6x rms
0.10
7 x rms
0.046
8 x rms
0.0006
ノイズ帯域
-6dB/oct 一次特性 ノイズ帯域の定義fp fe
ゲ イ ン(d B) 周波数𝑓
𝑒
=
π
2
𝑓
𝑝
=1.57𝑓
𝑝
-3dB帯域ノイズ特性：
rms
ノイズの計算
32rmsノイズは周波数の関数。周波数帯域広ければrmsノイズは増加する
周波数帯域（
f
L～
f
H）の
Vn rmsノイズは、
1/fノイズ𝑽
𝒏 𝒓𝒎𝒔
= 𝑽nw 𝒇
𝑪
𝐥𝐧
𝒇
𝑪
𝒇
𝑳
+ 𝒇
𝑯
− 𝒇
𝑪
ホワイトノイズ 電圧密度nV/√Hz ホワイトノイズNJM5532(NJRC)
1/f
ノイズコーナー周波数fc=10Hz
V
nwホワイトノイズ1/f
ノイズ オペアンプ入力換算電圧雑音特性例 計算例： 𝒇𝐋 = 𝟎. 𝟓𝐇𝐳, 𝒇𝐇 = 𝟏𝐊𝐇𝐳, 𝒇𝐂 = 𝟏𝟎𝐇𝐳,𝑽
𝒏,𝒓𝒎𝒔= 𝟏𝟔𝟎𝒏𝑽 𝒓𝒎𝒔
𝑽
𝒏,𝒑−𝒑= 𝟔. 𝟔𝒙𝟏𝟔𝟎𝒏𝑽𝒓𝒎𝒔
= 𝟏. 𝟎𝟔μ𝑽𝒑 − 𝒑
𝐕𝐧𝐰 = 𝟓𝐧𝐕/ 𝐇𝐙DC計測以外では、rmsノイズは
ホワイトノイズが支配項となる
NJRCデータシートオペアンプノイズ特性例
33・入力電圧ノイズ特性において、バイポーラ入力タイプはFET入力タイプより低ノイズ
バイポーラ入力低雑音オペアンプでは、1nv/ 𝑯
𝒁以下の低ノイズタイプもある
1nv/ 𝑯
𝒁は50Ω抵抗で発生する熱雑音レベル
・FET入力低ノイズオペアンプでは5nv/ 𝑯
𝒁程度
・ FET入力タイプの1/f ノイズはバイポーラ入力に比べて大きく1/f コーナ周波数も高い
fcコーナが約100Hzで en≒0.9nV/√Hz fcコーナが約10KHzで en≒1nV/√Hz FET入力タイプは 1/fコーナがブロード FET入力低雑音タイプOPA627 1M 10K 100 1 1 10 100 周波数 (Hz) 入 力 電 圧 雑 音 密 度 (nV /√ Hz) バイポーラ低雑音タイプAD797 100 10K 1M 0 1 2 3 4 周波数(Hz) 入 力 電 圧 雑 音 密 度 (nV /√ Hz) バイポーラ高速タイプAD8099 1M 100M 10K 100 1 1 10 100 1000 入 力 電 圧 雑 音 密 度 (nV /√ Hz)オペアンプ増幅器におけるノイズ計算
34 50Ω抵抗熱雑音 1KΩ抵抗熱雑音 1KΩ抵抗熱雑音 ｵﾍﾟｱﾝﾌﾟ電圧雑音 ｵﾍﾟｱﾝﾌﾟ電流雑音 ｵﾍﾟｱﾝﾌﾟ電流雑音 出力換算雑音 雑音源Op Amp Applications ：Analog Devices
ノイズゲイン 50Ω信号源、オペアンプ非反転増幅器(x2)、オペアンプ等価入力電圧雑音密度5nV/√Hz,
等価入力電流雑音密度2pA/√Hz、オペアンプ帯域180MHz(-3dB)としたときの出力雑音rmsを計算。
各要素雑音を ２乗加算し平方根
オペアンプ：ゲイン帯域幅積(GBW)
オペアンプのオープンループゲイン特性AOLが一次特性(-6dB/oct)とし、 小信号ユニティゲインfu(オープンループゲインがx1=0dBとなる周波数）)とすると、 各クローズループゲインG（正確にはノイズゲイン）とカットオフ周波数fcの積が等しい𝑮
𝟏
𝒇
𝑪𝟏
=𝑮
𝟐
𝒇
𝑪𝟐
=𝒇
𝑼
例えばユニティゲイン周波数1MHz (GBW=1MHz)のオペアンプで、 20dBゲイン（x10)増幅器構成すると -3dB周波数帯域は100KHz 40dBゲイン（x100)増幅器構成すると -3dB周波数帯域は10KHz ただし小信号時Gain bandwidth product
ゲ
イ
ン
(d
B)
A
OLオープンループゲイン特性
-6dB/oct (-20dB/dec)
fc1
fc2
fu
A
CL2A
CL1 ノイズゲインG1 ノイズゲインG2G= 1 +
𝑅2 𝑅1周波数(Hz)
10K 100K 1M x100 x10 x1スルーレートとフルパワーバンド幅
36 スルーレート（SR)とは出力電圧の最大変化率の事 通常v/μsで表す。 ・バイポーラ汎用オペアンプでは数V/μs ・FET汎用オペアンプでは十数V/μs ・ビデオ用高速オペアンプでは数百V/μs オペアンプのフルパワーバンド幅（FPBW)は アンプの最大フル振幅を ２Vp とすると サイン波の最大スルーレート（傾き）は(dV/dt)
max=2πfVp
(Hz)
計算例 スルーレートSR=10V/μs,振幅Vp=10V(20Vp-p)FPBW=
𝑺𝑹 𝟐𝝅𝑽𝒑=
𝟏𝟎(𝑽 𝝁𝒔) 𝟐𝝅×𝟏𝟎= 𝟏𝟓𝟗 (𝑲𝑯𝒛)
Slew rate & Full power bandwidth
入力波形Ein 出力波形 Eout
スルーレートで
歪んだ波形
NECデータブック 小信号ユニティ帯域が3MHzあっても、FPBWは159KHzEin
Eout
A ボルテージ フォロワーオペアンプ：全高調波歪(THDとTHD+N)
37THD+N =
𝑉
2 2+𝑉
32+𝑉
42+ ...+𝑉
𝑛2+𝑉
𝑛2𝑉
𝑆*
100 (%)
THD =
𝑉2 2+𝑉 32+𝑉42+ ...+𝑉𝑛2 𝑉𝑆∗ 100 (%)
Vs:信号振幅 (Vrms)
V
2:2次高調波歪 (Vrms)
V
n:n次高調波歪 (Vrms)
V
n:測定帯域での全ノイズ (Vrms)
全高調波歪THDは信号振幅（Vrms）と、n次までの高調波歪成分(Vrms)の比。%かdBで表現。
一般的には5次高調波成分まで計算されることが多い。
高調波歪は2次歪みと3次歪成分が支配項。
THD+Nでは、高調波歪と雑音の合算と信号振幅の比で計算。ただしDC成分は除く
Total harmonic distortion
THD =20Log
𝑉2 2+𝑉 32+𝑉42+ ...+𝑉𝑛2 𝑉𝑆(𝑑𝐵)
または
THD+N =20Log
𝑉2 2+𝑉 32+𝑉42+ ...+𝑉𝑛2+𝑉𝑛2 𝑉𝑆(dB)
または
各オペアンプのオーディオ帯域THD+N特性の例
38NE5532 (NJRC)：
汎用オーディオ用 Gain=+10,RL=10kΩ 出力電圧 (Vrms) -80 -100 -120 (dB) 20KHz 1KHz 20HzLME49990 (TI)
超低歪みオペアンプ -80 -100 -120 -140 (dB) Gain=1相当AD797 (ADI)
超低ノイズ産業用 Gain=+10 RL=600Ω f=10KHz 0.001 0.01 0.1 0.0001(%)
OPA627 (TI)
FET入力産業用-60 -80 -100 -120 -140 (dB) TI,およびADIデータシートより
セトリング特性
39・セトリング時間は、最終収束値の規定誤差範囲に収まるまでの時間
・最終収束値の0.1%または0.01%に収まるまでの時間で規定される場合が多い
・高速
/高精度なセトリング時間を測定するには高度な測定ノウハウが必要。
・セトリング特性にロングテール特性を有するものがあるので注意
位相補償方法や熱的な結合などにより発生
高速オペアンプのセトリング特性例 AD8099 +0.1% -0.1%Settling time
AD8099データシート Analog Devices
出 力
0
時間 セトリング時間 回復時間 立上り 時間 不感時間 セトリング時間 仕様の誤差幅セトリング特性
：
周波数特性ピーク発生とパルス特性オーバシュート
40 パルス特性上でのオーバシュート 周波数特性上でのピーク 周波数 (Hz) ゲ イ ン(dB ) 周波数特性上での位相余裕量とピーク量 規 格 化 ゲ イ ン(dB ) 規格化周波数 (Hz) 位相余裕 30度 -3dBOperational Amplifier Analog Devices
広帯域化かセトリング特性重視かで、
最適な位相補償方法が異なる
一次特性に位相補償されたオペアンプがセトリング特性に有利
41 きれいな一次特性 -6dB/oct高精度なセトリング特性は、一次特性が優れる
一次特性セトリング時間
誤差
時間
１％
4.6τ
0.1% 6.9τ
0.01% 9.2τ
10ppm 11.6τ
1ppm
13.8τ
周波数特性
最終値 時間τ
63%
100%
0
時定数 τ=CR
R
C
～
Vin
Vout
セトリング特性：ロングテールの発生
42オペアンプの位相補償回路において、
極－ゼロがミスマッチしていると、過渡応答に
“ロングテール”と呼ばれる長い時定数を持つ
セトリング項が形成される
高精度セトリング特性の劣化
Long tail
セトリング特性
セトリング特性に テール（段差）が生じるApplication Report JAJA206 TI
ω
0ω
1ω
1’ ゼロ点 極（ポール） 極（ポール）極-ゼロ補償のBode線図例
極-ゼロ位相補償で段差生じやすい 周波数 ゲイン (dB) 時間 出 力 電 圧オペアンプの出力位相反転
入力が許容コモンモード電圧範囲を外れた場合、反転入力と非反転入力の機能が
入れ替わり、出力が反転する現象。古いタイプのFET入力オペアンプなどで見られる。
Analog Devices AN-849
位相反転を生じないCMOSオペアンプ例
OPAx172ｼﾘｰｽﾞ TIオペアンプの位相反転例
OPAx172データシート TI 出力位相反転せずに 飽和するのみ位相反転なし、過大入力保護内蔵オペアンプ例
44ADA4096オペアンプ
オペアンプ内蔵の過大入力保護用に、シリーズ抵抗に替え てFETを使用。過大電圧により等価ON抵抗が増加する。 過大電圧0Vでは4.5KΩが、30Vでは22kΩに増加。 ±40Vの過大同相入力電圧印加しても、位相反転を 生じない。 ADA4096オペアンプデータシート ADI 過大入力印加時の入力バイアス電流ADA4096
入力±40V 出力±10V オペアンプ 電源±10Vの時ADA4096
オペアンプのEMI除去比：EMIRR
45 EMI対策オペアンプ 一般的な オペアンプ 携帯電話などのRF電磁波（数百M～数GHz）が オペアンプに入力されると、RF信号がオペアンプ内 部の非線形性要因で検波され、オペアンプ出力に オフセット電圧誤差として現れる。 最近のオペアンプでは入力にEMI対策がされている タイプもある。 携帯電話など オペアンプ出力 最近のCMOSオペアンプEMI特性（OPAx172） OPAx172データシート TI両電源（デュアル電源）オペアンプ
46両電源（デュアル電源）オペアンプでは、プラスとマイナスの2種類の電源を使用する。
一般的には、±15Vまたは±5Vがよく使われる。
単一電源でも、プラスとマイナスの電源電圧が異なっても問題ない。
両電源動作における信号振幅範囲
+V
-V
+V
+V
-V
-V
GND
GND
電源電圧が異なる両電源 ＧＮＤレベルが中心ではない 電源電圧が同じ両電源 ＧＮＤレベルが中心 パスコンは+V,-Vに それぞれ接続 信号振幅を最大限利用できる マイナス側での信号振 幅が制限される単電源オペアンプ
単電源動作における信号振幅範囲
プラスの単一電源
+V
+V
GND
マイナスの単一電源
GND
-V
-V
両電源（デュアル電源）での使用もOK
+V
-V
+V
-V
GND
+V
+V/2
単電源での一般的使用方法(AC結合アンプ）単電源オペアンプ
48 48単電源オペアンプ特長
・一電源のみでＯＫ
・一般的に低消費電力
・バッテリ駆動ポータブル機器用などに適する
単電源オペアンプ設計上の留意点
・信号振幅が小さくなるので誤差の影響が大きくなる
オフセット電圧、バイアス電流、有限なオープンループ利得、雑音など
・一般的に、ノイズの多いデジタル電源が使用される事が多いのでPSRRに要注意
・扱う振幅からRail-to-Rail入力＆出力特性が必要とされることが多い
・デュアル電源オペアンプに比べて一般的に精度が劣る。必要精度を吟味
・多くのオペアンプでは単電源動作での仕様もデータシートに提示している。
ただしGNDおよび電源電圧近傍のRail-to-Rail特性についての仕様に注意
レール・ツー・レール オペアンプ
信号振幅が電源電圧(+Vcc～GNDまたは+Vcc～-Vcc)範囲まで扱えるオペアンプを
Rail-to Railオペアンプと呼ぶ。
Rail to rail Op amp
汎用両電源オペアンプ
汎用単電源オペアンプ
GND
+V
-V
GND
+V
この範囲使用NG
Rail to railオペアンプ
GND
+V
GND～+V範囲で使用可能+V
GND
+V
入力rail to rail
GND
+V
出力rail to rail
入力rail to rail、出力rail to rail および入出力rail to railタイプがある
2個入り、4個入りオペアンプ
50AD822(dualタイプ)のクロストーク
2個入り（Dualタイプ）、4個入り（Quadタイプ）オペアンプでは
チャンネル間クロストーク（チャンネル間セパレーション）に注意
・１KHｚで約-130dB,１００KHｚで約ｰ95dBのクロストーク発生。
・DC応用では問題ないがビデオ帯域では注意必要
・発熱変動（負荷電流変化）大きい所での使用は注意。（熱帰還影響）
・経験的に4個入りのスペースフアクターはあまり高くない。デュアルタイプが使いやすい。
NEC産業用リニアICハンドブック -80 -70 -90 -100 -110 -120 -130 -140 1M 100k 10k 1k 周波数 (Hz) ク ロ ス ト ー ク (dB) 100K 10K 1K 100 10 150 100 50 0 周波数 (Hz) チ ャ ン ネ ルセパレ ー ション (dB ) Analog Devicesデータシート デュアルタイプ 汎用オペアンプ チャンネルセパレーション uPC458汎用オペアンプの選択
タイプ 用途概要 特性概要 価格 汎用 １２ビット精度以下での オープンループゲイン約１００ｄB 数十円 DCからオーディオ応用 入力オフセット電圧数ｍV 周波数帯域（BW) 約１MHｚ スルーレート1V/μｓから10V/μs程度 高精度 １４ビット精度以上での オープンループゲイン １２０ｄB以上 １００円以上 おもにDC回路応用 入力オフセット電圧数１ｍV以下 温度特性（温度ドリフト）1μv/ｃ以下 高速 数MHｚ以上を扱う オープンループゲイン60-80ｄB ビデオ信号応用 周波数帯域（BW) 数十MHｚ 数百円 スルーレート数百V/μsec タイプ 利点 欠点 バイポーラ入力 汎用（低価格） 入力バイアス電流 高精度化しやすい 入力抵抗低い（オープンループ） スルーレート低い（FET比較） FET入力 高入力インピーダンス DC特性がバイポーラに比べ悪い 低入力バイアス電流 ノイズ特性がよくない 高いスルーレート バイポーラタイプより高価 チョッパ入力 極めて低い温度特性 チョッパノイズが発生 安定度が極めて高い 周波数特性よくない（DC応用が主） オープンループゲインが大きい CMOS 極めて低い消費電力 DC特性があまり良くない ノイズ特性がよくない アーキテクチャ 利点 欠点 電圧帰還型 汎用で品種おおい クローズループゲインで周波数特性 いかなる演算回路も可能 が大きく影響される 電流帰還型 高周波特性が良い 汎用的に使用できない クローズゲインで周波数特性 （例えば積分回路など） があまり影響しない DC特性があなり良くない その他の選択要素 ・1個、2個、4個入りか ・単電源かデュアル電源か ・電源電圧 ・消費電力 ・入手性（セカンドソースあるか） ・形状、パッケージ ・コスト電圧帰還(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。+
-Vin
Vout
入力抵抗=∞
入力抵抗=∞
R1
R2
v≈ 𝟎𝒗
𝑨(𝒔)v
𝑽
𝑶𝒖𝒕
𝑽
𝒊𝒏
= 𝟏 +
𝑹
𝟐
𝑹
𝟏
𝟏
𝟏+
𝟏
𝑨 𝑺 𝜷
A(S):
オープンループゲイン電圧帰還型汎用オペアンプ構成
53NE4558
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
gm1 A1 +1 CC ZL1 gm1 A1 A2 +1 ZL1 Z L2 A3 C1 C2 R1 gm1 A1 A2 +1 ZL1 ZL2 A3 ZL3 Ccミラー容量による一次特性に位相補償 AOL=106dB 1段構成増幅のため高速。数百MHオペアンプAOL=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 AOL=130～140dB gm1 A1 A2 +1 CC ZL1 ZL2 gm2 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 AOL=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) 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 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) 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
