1 オペアンプとは
オペアンプ（オペアンプ）は调节和放大アナログ信号に使用され、図に示すように多段の増幅回路を含む集積デバイスです。
左図は同相、Vn 端子が接地または安定レベル、Vp 端子レベルが上昇、出力端子 Vo レベルが上昇、Vp 端子レベルが下降すると出力端子 Vo レベルが低下、右図は逆相、Vp 端子が接地または安定レベルになると、Vn 端子のレベルが上昇し、出力端子 Vo レベルが低下し、Vn 端子のレベルが低下すると、出力端子 Vo レベルが上昇します
2 オペアンプの特性
理想运算放大器には次の特性があります。
- 無限入力インピーダンス:理想的なオペアンプ入力では電流が流れ込みません。つまり
输入信号V+与V-两端点的电流信号恒为零、入力インピーダンスは無限大です。 - ゼロに近い出力インピーダンス:理想的なオペアンプの出力端子は完全な電圧源であり、アンプの負荷に流れる電流がどのように変化しても、アンプの出力電圧は一定です。
输出阻抗为零 - 無限の開ループゲイン:理想的なオペアンプの開ループ状態では、
无限大的电压增益入力の差動信号は - 無限のコモンモード除去比:理想的なオペアンプは、V+ 端子と V- 端子間の電圧差 (差動信号) のみに応答できます
只放大V + − V − 的部份。2つの入力信号の同じ部分（コモンモード信号）は完全に無視されます。
共模信号：ダブルエンド入力の場合、2 つの信号は同じになります。差模信号：ダブルエンド入力の場合、2つの信号の位相差は180度になります。
統合オペアンプには 2 つの動作状態があります。
线性状态和非线性状态, 積分オペアンプに負帰還回路を追加した場合は線形状態で動作し、積分オペアンプに正帰還回路を追加した場合やオープンループで動作した場合は非線形状態で動作します。
線形状態で動作する統合オペアンプには次の特性があります。
- 仮想ブレーク特性を持ち、入力端子に出入りする電流は0、I-=I+=0Aとなります。
- 誤短絡の特性があり、2つの入力端子の電圧は等しくなります(U+=U-)。
短くて短い
虚短：統合オペアンプの開ループ倍率は非常に大きく、汎用オペアンプの開ループ電圧倍率は 80dB を超えますが、オペアンプの出力電圧は制限されており、通常は 10V ～ 14V です。入力電圧は 1 mV 未満であるため、入力の両端はほぼ等電位になる可能性があります就相当于短路。オープンループ電圧の倍率が大きいほど、2 つの入力端子の電位が等しくなり、この特性を仮想ショートといいます。
虚断：内蔵オペアンプは高入力インピーダンスの特性があり、一般的に同一入力端子および反転入力端子の入力抵抗は1MΩ以上あるため、オペアンプの入力端子に流れる電流は1uA未満となることが多く、入力端子における外部回路の電流よりもはるかに小さいです。したがって、オペアンプの 2 つの入力端子は通常ここで使用でき视为开路、オペアンプの入力抵抗が大きいほど、非反転入力と反転入力の両端に近い開回路になります。オペアンプが線形状態にある場合、この特性によれば、2 つの入力端子は仮想ブレークと呼ばれる等価な開回路とみなすことができます。
非線形領域で動作する統合オペアンプには次の特性があります。
- 非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧より高い場合、出力電圧は高くなります。
- 非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧より低い場合、出力電圧は低くなります。
3 オペアンプの分類
オペアンプは、図に示すようにパラメータに従って分類できます。
- 汎用オペアンプ:価格が低く、その性能指数は一般的なアプリケーションシナリオに適しています。
常用型号LM358、LM324 - 低温ドリフトオペアンプ：精密機器や微弱信号検出などの自動制御機器では、オフセット電圧が小さく、温度によって変化しないことが求められます。
常用型号OP07、AD508 - 高精度オペアンプ：温度の影響が少なく、低ノイズ、高感度、微小信号増幅に適しています。
常用型号CF725M - 高インピーダンスオペアンプ:差動モード入力インピーダンスは非常に高く、入力バイアス電流は非常に小さく、一般に Rid>1GΩ~1TΩ、Ib は数ピコアンペアから数十ピコアンペアです。
常用型号LF355、CA3130 - 高速オペアンプ:高い変換率と広い周波数応答を備え、高速 A/D および D/A コンバータに使用されます。
常用型号LM318、AD8052 - 低電力オペアンプ:低電源電圧動作、低消費電力、
常用型号LM321、AD849 - 高耐圧・大出力オペアンプ：オペアンプの出力電圧は電源によって制限されており、通常のオペアンプでは出力電圧を上げたり、出力電流を大きくしたりする場合、補助回路を追加する必要があります。高電圧および高出力のオペアンプは、外部電流なしで高電圧および大電流を出力できます。
常用型号PA44、A791 - プログラマブル制御オペアンプ：可変倍率、
常用型号PGA103A、LTC6910
4 オペアンプのパラメータ
- コモンモード入力抵抗:オペアンプが線形領域で動作している場合、入力コモンモード電圧範囲とこの範囲内のバイアス電流の変動の比。
- DC コモンモード除去:両方の入力に加えられた同じ DC 信号を除去するオペアンプの能力の尺度。
- AC コモンモード除去:両方の入力に印加された同じ AC 信号を除去するオペアンプの能力を測定するために使用されます。
- ゲイン帯域幅積:開ループゲイン対周波数 (-20dB/10 オクターブ) ロールオフ領域の特性曲線で定義される定数です。
- 入力バイアス電流:オペアンプが線形領域で動作するときに入力端子に流れる平均電流を指します。
- バイアス電流温度ドリフト:温度が変化したときの入力バイアス電流の変化量
- 入力オフセット電流: 2 つの入力に流れる電流の差
- 入力オフセット電流の温度ドリフト:温度が変化したときの入力オフセット電流の変化量
- 差動モード入力抵抗:入力電圧の変化と対応する入力電流の変化の比。電圧の変化は電流の変化につながります。
- 出力インピーダンス:オペアンプが線形領域で動作する場合、出力における内部等価小信号インピーダンス
- 出力電圧振幅:出力信号をクランプせずに達成できる最大電圧振幅のピーク値
- 消費電力:特定の供給電圧で消費される静的電力
- 電源除去比:電源電圧が変化したときにオペアンプが出力を維持する能力の尺度
- スルーレート：出力電圧の変化と変化が起こるまでの時間の比の最大値
- 供給電流:指定された供給電圧でデバイスが消費する静止電流
- ユニティゲイン帯域幅:開ループゲインが 1 より大きいオペアンプの最大動作周波数
- 入力オフセット電圧:出力電圧をゼロにするために入力端子に印加する必要がある電圧差を示します。
- 入力オフセット電圧温度ドリフト:温度変化による入力オフセット電圧の変化を指します。
- 入力容量:オペアンプが線形領域で動作する場合の入力端子の等価容量を示します。
- 入力電圧範囲：オペアンプが正常に動作する場合の許容入力電圧の範囲
- 入力電圧ノイズ密度:いずれかの入力に接続された直列ノイズ電圧源として見ることができます。
- 入力電流ノイズ密度:各入力とコモンに接続された 2 つのノイズ電流源として見ることができます。
5 オペアンプの応用例
反転増幅回路は次の図に示されています。
反転増幅回路の入力電圧と出力電圧の関係は次のとおりです。
非反転増幅回路を次の図に示します。
非反転増幅回路の入力電圧と出力電圧の関係は次のとおりです。
加算回路を図に示します。
加算回路の入力電圧と出力電圧の関係は次のようになります。
減算回路を次の図に示します。
減算回路の入力電圧と出力電圧の関係は次のようになります。
積分回路を図に示します。
積分回路の入力電圧と出力電圧の関係は次のとおりです。
差動回路を次の図に示します。
差動回路の入力電圧と出力電圧の関係:
差動増幅回路を次の図に示します。
差動増幅回路の入力電圧と出力電圧の関係は次のようになります。
ボルテージフォロアを図に示します。
電磁サンプリング増幅回路を次の図に示します。
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