技術解説 オペアンプの基本

アナログ回路設計

オペアンプの基本

オペアンプとは

オペアンプ（OPアンプとも略される）はOperational Amplifier（演算増幅器）のことで回路機能は１対の差動入力と1つの出力を持ったリニア差動アンプです。オペアンプは抵抗やコンデンサと組み合わせることで足し算、引き算、微分、積分といった信号演算が行えます。

応用実例

オペアンプは、周辺回路構成で様々な機能回路に使用できます。アナログ回路（高性能デジタル回路でも）では、欠かすことのできない部品です。

下記によく使用される応用例の一部を挙げます。

●反転増幅アンプ回路、非反転アンプ、バッファアンプなどの基本アンプ

●加算回路、減算回路、微分回路、積分回路などの演算回路

●ローパス、ハイパス、バンドパスなどのフィルタ回路

●定電流、定電圧、電流-電圧変換、周波数-電圧変換、A/D、D/A変換などのコンバータ

●AM/FM変調回路

●正弦波、三角波発生器など

理想的なオペアンプ

あくまでもオペアンプは、実体、容量を持つモノなので下記に挙げる理想像は適わぬことですが、回路技術や半導体技術の進歩によってここ40年ほどで飛躍的に性能が進歩しています。

• ●オープンループゲインは高いほど良い（無限大）
• ●入力インピーダンスは高いほど良い（無限大）
• ●出力インピーダンスは低いほど良い（0）
• ●ノイズ無いのが最良（高いSN比）
• ●周波数特性は高いほど良い（f特の減衰無し）
• ●温度ドリフトを持たない（温特変動無し）
• ●消費電流は少ないほど良い（0が理想）

2種類の電源仕様

オペアンプは入力可能な電源範囲の違いにより、両電源（±電源）アンプと単一電源アンプの２つの種類があります。

• ●両電源とは、例えば+15Vと-15Vの極性のことなる2つの電源を使用してIC回路などを駆動するものが両電源タイプです。
• ●単電源とは、例えば+5Vの1つの電源だけで動作するものが単電源アンプです。

オペアンプ回路の構成素子の違いでの分類

オペアンプはトランジスタを組み合わせた回路であり、半導体集積回路(IC)です。

回路に使用しているトランジスタの種類別で昔からあるバイポーラトランジスタを用いたバイポーラアンプとここ20年位で急発達したMOSトランジスタを用いたCMOSアンプがあります。

バイポーラアンプの特長

• ●バイポーラアンプは、MOSトランジスタに比べて高ゲイン利得が得やすい
• ●周波数特性が高い
• ●高SN比、ローノイズである
• ●入力オフセット(電圧、電流)が小さい
• ●電流駆動能力が高い

バイポーラオペアンプは、微小信号を扱うアプリケーションや高SN比、低ノイズが求められる用途に向いています。

CMOSアンプの特長

• ●低消費電流で熱損失が少ない
• ●入力インピーダンスが高い

CMOSオペアンプは入力インピーダンスが非常に高いため、アナログセンサーの増幅アンプなどに向いています。