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。