オペアンプとは何ですか？
Op-ampは、直接結合された高利得増幅器であるオペアンプの略語です。 オペアンプという用語では、「オペアンプ」は、アンプが合計、減算、比較などの特定の操作を実行できることを表します。「増幅」という言葉は、入力信号を増幅できることを示します。
理想的なオペアンプ
理想的なオペアンプは実際には存在しませんが、最高の特性を備えています。 すべての実用的なオペアンプは、理想的なオペアンプとして近い特性を実現するように作られています。 理想的なオペアンプの機能のいくつかについて説明しましょう。
理想的なオペアンプの特性
- 理想的なオペアンプは無限の電圧ゲインを提供します。
- 入力インピーダンスは無限大です。
- 出力抵抗はゼロです。
- それは無限の帯域幅を持っています。
- 同相信号除去比は無限大です。
- 電源の拒否率は無限大です。
- スルーレートは0です。
反転オペアンプ
オペアンプにはさまざまな動作モードがあります。 反転オペアンプは、入力信号がオペアンプの反転端子を介して提供されるプロセスのタイプを表します。 増幅プロセスでは、アンプの出力の位相が反転します。 反転オペアンプは、非反転オペアンプよりもゲインが高くなっています。
非反転オペアンプ
非反転は、オペアンプを使用した別の動作モードです。 ここで、入力信号はオペアンプの非反転端子を使用して提供されます。 したがって、出力位相は同じままで、動作中に反転することはありません。 そのため、オペアンプを使用したこの動作は「非反転オペアンプ」として知られています。 このオペアンプは、負帰還システムによりシステムの安定性が高くなりますが、反転オペアンプよりもゲインが低くなります。 非反転オペアンプと反転オペアンプの間では、反転アンプの方が優先されます。
オペアンプ回路| 基本的なオペアンプ回路
オペアンプの回路は、その動作に固有のものです。 オペアンプは、いくつかの数学演算を実行できます。 回路は必要に応じて作られています。 以下の画像は、オペアンプの典型的な回路記号を表しています。
オペアンプには1つの入力（2とXNUMXとしてマークされている）があることがわかります。 「-」のラベルが付いた入力は反転端子です。 「+」記号の付いた入力は非反転端子です。 + Vsatおよび-Vsatとして示されている電圧接続の偶力は、正の飽和電圧と負の飽和電圧であり、オペアンプの上限と下限を表しています。 それらは出力で観察できます。
飽和電圧はオペアンプに印加され、グラウンドに関してオペアンプのバランスを取ります。 出力は「O」端子から収集されます。
741オペアンプ
オペアンプは現在、ICを介して市場で入手可能です。 そのようなICの741つが741オペアンプです。 これはモノリシックICです（すべての接続は単一の結晶シリコン上に形成されます）。 ICはXNUMXつのオペアンプで構成されています。 XNUMX年代初頭のフェアチャイルドセミコンダクターが最初に開発しました。 番号XNUMXは、ICにXNUMXつの機能ピン、XNUMXつの入力ピン、およびXNUMXつの出力ピンがあることを示します。
741オペアンプのピン配列
次の図は、ICのピン配置を示しています。 オペアンプで構成されるICの用語は、ピンについても説明しています。 7の番号741は、XNUMXつの機能ピン、XNUMXつの入力ピン、およびXNUMXつの出力ピンを表します。
741オペアンプの回路図
次のメイジは、741オペレーショナルアンプの回路図を表しています。
オペアンプインテグレータ
先に述べたように、オペアンプはいくつかの数学演算を実行できます。 オペアンプが入力信号に対して「積分」演算を実行する方法を見てみましょう。 オペアンプを使用して積分器を実装するには、コンデンサとXNUMXつの抵抗、およびオペアンプが必要です。 以下の回路図は、オペアンプの積分回路を示しています。
インテグレータの操作
仮想接地の概念–仮定するために機能します オペアンプ 無限のゲイン。 これが、画像の「A」ノードが仮想グラウンドである理由です。 電流「i」を抵抗Rに流します。したがって、電流はi = V1/Rとして測定できます。
ここで、V1は反転端子に供給される入力電圧であり、非反転端子は抵抗で接地されており、入力インピーダンスが高いため、同じ電流がフィードバックパスを流れ、その中にコンデンサがあります。 したがって、出力電圧は次のように書くことができます。
Vo = – 1 / C 0 t [i dt]
または、Vo = – 1 / RC 0 t [V1 dt]
したがって、出力電圧は入力電圧の時間積分に比例すると言えます。そのため、この回路は積分器またはミラー積分器と呼ばれます。
オペアンプコンパレータ
オペアンプコンパレータまたは電圧コンパレータ、またはコンパレータは、XNUMXつの入力電圧を比較し、指示出力を提供する電子デバイスです。 出力は、XNUMXつの入力電圧のどちらが値においてより異常であるかを示します。
オペアンプは、オペアンプをコンパレータとして使用するために開回路構成で設計されています。
- 非反転端子の電圧が反転端子の電圧よりも高い場合、出力はオペアンプの正の飽和電圧に切り替えられます。
- 反転端子電圧が非反転端子の電圧よりも大きい場合、o / pはオペアンプの-ve飽和電圧に切り替えられます。
オペアンプコンパレータ回路
以下の画像は、オペアンプのコンパレータ回路を表しています。
オペアンプのゲイン
オペアンプのゲインは入力電圧に対する出力電圧の比を指し、オペアンプには次のXNUMX種類のゲインがあります。
- 閉ループゲイン： オペアンプシステムにフィードバックシステムが関連付けられている場合、システムのゲインは閉ループゲインと呼ばれます。
- オープンループゲイン： オペアンプ回路にフィードバックシステムが関連付けられていない場合、ゲインは開ループゲインです。
理想的なオペアンプの場合、ゲインはどの周波数でも無限大です。 実際のアンプの場合、ゲインは絶対定数です。 ゲインはアンプの性能のパラメータです。
非反転オペアンプゲイン
非反転アンプの出力電圧の一般的な表現は次のとおりです。 Vout = k * Vin
非反転増幅器の出力式は次のとおりです。 V0 = [1 +（Rf / R1）] * Vin
したがって、両方の式を比較すると、kの値は次のようになります。
k = [1 +（Rf / R1）]
この抵抗の表現は、非反転増幅器のゲインとして知られています。 Rf = R1、Vo = 2 * Vinの場合に観察できます。 したがって、入力電圧は2倍に増幅されます。（Rf / R1）比は通常、ゲインを制御します。 Rfを大きくすると、ゲイン値が大きくなります。
オペアンプバッファ
オペアンプバッファまたはユニティゲインバッファ、あるいは電圧フォロワ回路は、特別に設計された非反転アンプモデルです。 上記の非反転増幅器の回路を観察します。 フィードバック抵抗をゼロにし、反転端子を無限抵抗にすると、アンプのゲインはXNUMXになります。 そのため、この回路はユニティゲインバッファとして知られています。 このバッファはインピーダンス整合に使用されます。
差動オペアンプ
差動オペアンプまたは差動アンプは、XNUMXつの入力電圧の差を増幅し、それを出力として提供し、入力電圧を加算する加算アンプとは異なり、減算演算を実行するオペアンプです。
以下の回路は、差動アンプの回路を示しています。
業務執行統括
仮想接地の概念を使用すると、ノードAの電圧はノードBの電圧と同じであると結論付けることができます。KCLを使用すると、次のように記述できます。
（V1 – Vx）/ R1 =（Vx – VO）/ R2
& （V2 – Vx）/ R1 = Vx / R2
ここで、V1は入力電圧です。 Vxは、Aノード（およびB）の電圧です。 Voは出力電圧です。 ここで、オペアンプの入力インピーダンスが高いと仮定します。 両方の方程式を比較して使用すると、次のように書くことができます–
Vo =（V2 – V1）* R2 / R1
この出力式は、操作を正当化します。
オペアンプのゲインを反転する
反転増幅器の出力電圧の一般的な式は次のとおりです。 Vout = -k * Vin
反転増幅器の出力式は次のとおりです。 V0 = –（Rf / R1）* Vin
さて、両方の方程式を比較すると、次のように言うことができます–
k = （Rf / R1）
これは、反転増幅器の閉ループゲインです。
オペアンプの合計
加算オペアンプまたは加算器オペアンプは、入力電圧の合計を増幅し、出力として提供するアンプです。 減算演算を実行する差動アンプとは異なり、加算または加算演算を実行します。
以下の画像は、加算演算増幅器を表しています。
操作
仮想接地の概念を使用すると、Aノードの電位はBノードの電位と同じになります。 申請中 KCL、 私たちは書くことができます -
I1 + I2 + I3 +…+ IN = IO
または、V1 / R1 + V2 / R2 +…+ Vn / Rn = – Vo / Rf
または、Vo = – [（V1 * Rf / R1）+（Rf * V2 / R2）+…+（Rf * Vn / Rn）
ここで、R1 = R2 =…= Rn = Rfの場合、次のように書くことができます–
Vo = – [V1 + V2 +…+ Vn]
ボルテージフォロワオペアンプ| オペアンプフォロワー
電圧フォロワオペアンプまたはユニティゲインバッファ、または電圧フォロワ回路は、特別に設計された非反転アンプモデルであり、フィードバックを行った場合 抵抗ゼロと反転端子は無限大 抵抗、アンプのゲインはXNUMXになります。 出力電圧は増幅なしで入力電圧にちょうど追従するため、増幅器は電圧フォロワオペアンプとして知られています。 そのため、この回路はユニティゲインバッファとしても知られています。 このバッファは、インピーダンス整合に使用されます。
ディスクリートオペアンプ
ディスクリートオペアンプは、正と負の入力間の残差を最小限に抑えるように構築されているため、さらに高いゲインが得られます。 ディスクリートオペアンプは、通常、従来のオペアンプではなく、オーディオアプリケーションに使用されます。 カスタム設計が可能で、必要なコンポーネントが少なく、温度安定性が優れているなど、従来のオペアンプに比べていくつかの利点があります。
Lm741オペアンプ
lm741は、内部に741つのオペアンプを備えたモノリシックICです。 XNUMX本のピンがあります。 ICは外部周波数補償を必要としません。 それはより高いCMRRを提供し、より少ない電力を消費します。 lmXNUMXのピン配置を以下に示します。
| ピン番号 | 商品説明 |
| 1、5 | オフセットの除去と地面とのバランス調整のためのオフセットNULL。 |
| 2 | 反転入力端子 |
| 3 | 非反転端子 |
| 4 | 負の飽和電圧 |
| 6 | オペアンプの出力 |
| 7 | 正の飽和電圧 |
| 8 | 接続なし（NC） |
オペアンプの差別化要因
オペアンプ 微分器 または差動オペアンプは、入力電圧信号に対して微分演算を実行します。 オペアンプを使用して微分器を実装するには、コンデンサとXNUMXつの抵抗、およびオペアンプが必要です。 以下の回路図は、オペアンプの微分回路を示しています。
オペアンプの方程式
オペアンプの式は、一般にオペアンプの出力式と呼ばれます。 出力方程式は、入力電圧と出力電圧の関係を表します。 ゲイン係数は、出力方程式から決定することもできます。 いくつかの基本的なアンプの出力式のいくつかを以下に示します。
非反転オペアンプ方程式： V0 = [1 +（Rf / R1）] * Vin
オペアンプ方程式の反転： V0 = –（Rf / R1）* Vin
オペアンプの種類
オペアンプには、いくつかの動作モードではなく、いくつかのタイプがあります。 さまざまなタイプのオペアンプがさまざまな数学演算を実行します。 それらのいくつかは–
- 反転オペアンプ
- 非反転オペアンプ
- 差動オペアンプ
- サミングアンプ
- インテグレータ
- 差動アンプ
- 対数増幅器
- コンパレータ
- 電流-電圧変換器
- 電圧-電流変換器
反転オペアンプと非反転オペアンプ
反転オペアンプと非反転オペアンプの比較分析を行いましょう。
| 比較対象。 | 反転オペアンプ | 非反転オペアンプ |
| 入力端子 | 入力は反転端子から供給されます。 | 入力は非反転端子を介して提供されます。 |
| 出力極性 | 入力電圧の極性が出力で変化します。 | 入力の極性は出力で同じままです。 |
| 利得 | ゲインは次のように与えられます：Av =-（Rf / R1） | ゲインは次のように与えられます：Av =（1 + Rf / R1） |
| 入力インピーダンス | 入力インピーダンスは、非反転オペアンプよりも小さくなっています。 | 入力インピーダンスは、反転オペアンプよりも高くなっています。 |
| 出力フェーズ | 入力と出力は同相です。 | 入力と出力の位相がずれています。 |
負帰還オペアンプ
オペアンプの閉ループシステムの場合、フィードバックシステムがオペアンプの反転端子に接続されている場合、フィードバックシステムは負帰還と呼ばれます。 負帰還が組み込まれたオペアンプは、負帰還と呼ばれます。 負帰還オペアンプはシステムの安定性が優れていますが、ゲインは正帰還オペアンプよりも低くなっています。
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