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エレクトロニクス 講義資料

鶴 剛 ([email protected])

1

第7章:オペアンプ回路

Ver. 5

(2)

理想オペアンプ 2

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれたICであり,DC から100MHz 程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図7.1 に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンスRi は無限大.

2) 出力インピーダンスRo 0

3) 電圧ゲイン(オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性はDC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比 CMRRが無限大である.

6) オフセット電圧が 0.すなわち,両入力電圧が 0 なら出力電圧も 0 である.

7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインをAとして,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれたICであり,DC から100MHz程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図7.1 に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンスRi は無限大.

2) 出力インピーダンスRo は 0.

3) 電圧ゲイン(オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性はDC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比CMRR が無限大である.

6) オフセット電圧が0.すなわち,両入力電圧が 0なら出力電圧も 0 である.

図 7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13 はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインをA として,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれたICであり,DC から100MHz 程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図 7.1 に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンスRi は無限大.

2) 出力インピーダンスRo は0.

3) 電圧ゲイン(オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性はDC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比CMRR が無限大である.

6) オフセット電圧が 0.すなわち,両入力電圧が 0 なら出力電圧も 0 である.

図 7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインを Aとして,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれたICであり,DC から 100MHz程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図 7.1 に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンス Ri は無限大.

2) 出力インピーダンス Ro は0.

3) 電圧ゲイン (オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性は DC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比CMRR が無限大である.

6) オフセット電圧が0.すなわち,両入力電圧が 0なら出力電圧も 0 である.

図 7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインを Aとして,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれたICであり,DC から100MHz程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図 7.1 に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンス Ri は無限大.

2) 出力インピーダンス Ro は 0.

3) 電圧ゲイン (オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性はDC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比 CMRR が無限大である.

6) オフセット電圧が 0.すなわち,両入力電圧が 0なら出力電圧も 0である.

図 7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインを Aとして,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれたICであり,DC から 100MHz程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図7.1 に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンスRi は無限大.

2) 出力インピーダンスRo は 0.

3) 電圧ゲイン (オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性はDC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比CMRR が無限大である.

6) オフセット電圧が0.すなわち,両入力電圧が 0 なら出力電圧も0 である.

図 7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13 はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインをAとして,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれた

IC

であり,

DC

から

100MHz

程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図

7.1

に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1)

入力インピーダンス

R

i は無限大.

2)

出力インピーダンス

R

o

0

3)

電圧ゲイン

(

オープンループゲイン

)

は無限大.

4)

周波数特性は

DC

から周波数無限大まで十分良い.

5)

同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比

CMRR

が無限大である.

6)

オフセット電圧が

0

.すなわち,両入力電圧が

0

なら出力電圧も

0

である.

7.1:

オペアンプの等価回路

(2008/6/13

はここまで

)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地

/

仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインを

A

として,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれた

IC

であり,

DC

から

100MHz

程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図

7.1

に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1)

入力インピーダンス

R

i は無限大.

2)

出力インピーダンス

R

o

0

3)

電圧ゲイン

(

オープンループゲイン

)

は無限大.

4)

周波数特性は

DC

から周波数無限大まで十分良い.

5)

同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比

CMRR

が無限大である.

6)

オフセット電圧が

0

.すなわち,両入力電圧が

0

なら出力電圧も

0

である.

7.1:

オペアンプの等価回路

(2008/6/13

はここまで

)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地

/

仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインを

A

として,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれた ICであり,DC から100MHz 程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図7.1に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンス Ri は無限大.

2) 出力インピーダンス Ro 0

3) 電圧ゲイン (オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性はDC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比 CMRRが無限大である.

6) オフセット電圧が 0.すなわち,両入力電圧が 0なら出力電圧も 0 である.

7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインをAとして,各端子の電圧などを解いて みよう.

83

第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 )

7.1 オペアンプ回路の考え方

7.1.1 理想オペアンプ

トランジスタ回路は,バイアス電圧,周波数特性など,面倒な点が多い.例えば,ゲインを変更しようとすると,抵 抗一つの変更だけではすまず,それに付随しバイアス電圧の調整など多くの点を変更しなければならず,非常に繁雑であ り,設計も面倒である.そこで,大きなゲインを持つ増幅器を簡単に作るためオペアンプと呼ばれる素子が用いられる.

オペアンプは,数十個のトランジスタ,抵抗などが組み込まれたICであり,DC から100MHz 程度まで非常に高いゲ インを持つ差動増幅器である.等価回路を図7.1 に示す.

理想的なオペアンプは次の特性を持っている.

1) 入力インピーダンス Ri は無限大.

2) 出力インピーダンス Ro 0

3) 電圧ゲイン (オープンループゲイン) は無限大.

4) 周波数特性はDC から周波数無限大まで十分良い.

5) 同位相入力の弁別比が良い.すなわち,同位相電圧除去比CMRR が無限大である.

6) オフセット電圧が 0.すなわち,両入力電圧が0 なら出力電圧も 0である.

7.1: オペアンプの等価回路 (2008/6/13はここまで)

7.1.2 フィードバック回路の考え方

仮想接地/仮想短絡

オペアンプは通常裸のままで使うことはまずなく,フィードバック回路を構成し使用する.最も簡単な回路である,反 転増幅器図を例に考えることにする.このオペアンプのオープンループゲインを Aとして,各端子の電圧などを解いて みよう.

ver.2

図 7.11: 差動増幅器 / 減算回路の動作106 第 7 章 オペアンプ回路 (2.5 週 )7.2.4差動増幅器/減算回路V0=V=V+ (7.19)(V1V0)/R1= (V0Vout)/R2(7.20)(V2V0)/R3=V0/R4(7.21)Vout=R4R1R1+R2R3+R4V2R2R1V1(7.22)特に、R1=R3、R2=R4の回路では、Vout=R2R1(V2V1)(7.23)となる。+SINVSIN2AMMTR20.000 pA+-VOUT0.000 pVAMMTR10.000 pA

参照

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