内部の差動増幅回路で入力段に用いられるトランジスタの種類により大きく3種に分けられる。 オペアンプの回路タイプの違いで3種に分かれる。混同されやすいが、入力トランジスタの違いとは異なる。 今回の記事はTexas Instruments（以下、TI社と表記）のオペアンプ製品をはじめて使う、ご検討いただくお客様を対象として、オペアンプを使用する場所、役割について説明しております。オペアンプ ってどういう意味？
一般にオペアンプのオープンループゲインは非常に高く10000倍（100db)以上あります。 このままの状態ではゲインが高過ぎてアンプとしては、使いにくいため、一般的に下図のように負帰還をかけて使います。 負帰還をかけないオペアンプは普通に使われますよ。 ただし、増幅作用を使うのではなく「入力の＋と－の電位差を検出して、出力を決定するデジタル素子」みたいな使い方になります。 前回の半導体に続いて、今回はオペアンプとそれを用いた増幅回路とコンパレータなどについて理解していきましょう。オペアンプは、演算増幅器とも呼ばれ演算に利用できる増幅回路です。オペアンプは入力したアナログ信号を増大させたり減少させたりといった増幅だけでなく足し算や引き算、積分、微分など実行できます。このようにオペアンプは幅広い用途に使用できるので非常に便利なICです。図1 オペアンプの回路図記号回路図記号は、図1のように表され、非反転入力端子Vin（+）と反転入力端子Vin（－）の2つの入力と、出力端子Voutの１つの出力を備えています。回路図記号では省略されていますが、実際のオペアンプには電源端子（+電源、－電源）やオフセット入力端子などを備えます。オペアンプの主な機能は、入力した２つのアナログ信号の差を非常に高い増幅率で増幅して出力することです。この入力の電圧差を増幅することを差動増幅といいます。Vin(+)の方が高い場合の出力はプラス方向に、Vin(-)の方が高い場合はマイナス方向に増幅し出力します。さらに、入力インピーダンスが非常に大きいことや出力インピーダンスが非常に小さいという特徴を備えています。入力に少しでも差があると、オペアンプの非常に高い増幅率によってその出力電圧はすぐに最大値または最小値（電源電圧）に張り付いてしまいます。そこで、通常は負帰還（ネガティブフィードバック）をかけて使用します。負帰還を用いた増幅回路の例を見てみましょう。反転増幅回路は、図2のように入力信号を増幅し反転出力する機能を有しています。この「反転」とは、符号をかえることを表しています。この増幅器には負帰還が用いられています。そもそも負帰還とは、出力信号の一部を反転して入力に戻すことで、この回路では出力VoutがRこの反転増幅回路の動作を考えてみましょう。オペアンプには、出力が電源電圧に張り付いていないなら、反転入力端子（－）と非反転入力端子（+）には同じ電圧が加えられている、つまり仮想的にショートしていると考えることができるイマジナリショートという特徴があります。そのイマジナリショートと非反転入力端子（+）が0Vであることから、点Aは0Vとなります。これらの条件からR図2 反転増幅回路また、オペアンプは入力インピーダンスが非常に高いため反転入力端子（－）にほとんど電流が流れません。そのため、I1は点Aを経由してRさて増幅回路なので入力と出力の関係から増幅率を求めてみましょう。増幅率はVinとVoutの比となるのでVout/Vin=（－I1×Rこの式で特に注目すべき点は、増幅率がR反転増幅回路に対して、図3のような回路を非反転増幅回路と呼びます。反転増幅回路との大きな違いは、出力波形と入力波形の位相が等しいことと、入力が非反転入力端子（+）に印加されていることです。反転増幅回路と同様に負帰還を用いた回路です。この回路の動作を考えてみましょう。まず、イマジナリショートによって非反転入力端子（+）と反転入力端子（－）の電圧はVinとなります。したがって、点Aの電圧はVinです。R図3 非反転増幅回路この回路は、出力と入力が反転しないので位相が問題になる用途で用いられます。さらにこの回路中のRコンパレータは比較器とも呼ばれ、2つの電圧を比較して出力に1（+側の電源電圧、図ではVDD）か0（－側の電源電圧）を出力するものです。入力が一定の値に達したかどうかを検出する場合などによく用いられます。オペアンプで代用することもできますが一般には専用のコンパレータICを使います。コンパレータはオペアンプと同じ回路図記号（シンボル）を用います。コンパレータの回路は図4のようになります。この回路の動作をみてみましょう。まず、正帰還も負帰還もないことに注目してください。VinとVREFの差を増幅しVoutから出力します。例えば、VREFよりVinの方が高いと増幅され出力Voutは、+側の電源電圧まで上昇して飽和します。次に、VREFよりVinの電圧が低いと出力Voutは－側の電源電圧まで降下して飽和します。図4 コンパレータ回路図5 ヒステリシス付きコンパレータ回路3回に渡って掲載した電子回路入門は今回で終了です。要点のみに絞って復習しましたが、いかがだったでしょう。ルネサスの開催するセミナー「電子回路入門コース」では実際に測定器を使って演習形式で学ぶことが可能です。詳しくは このページでは、オペアンプについて、初心者の方でも解りやすいように、基礎から解説しています。また、電験三種の理論科目で、実際に出題されたオペアンプの過去問題の解き方も解説しています。オペアンプとは？オペアンプは演算増幅器ともいわれる、多目的 ・負帰還の効果を知る ・オペアンプの仕様の意味を知る ... すなわち出力電流による出力電圧変化なし ・周波数特性が無限大 ・パルス立ち上がりや立下り時間がゼロ（スルーレートが無限大） ・入力オフセット電圧がゼロ。温度影響なし ・内部雑音ゼロ 実際のオペアンプ回路設計では、 ・ま
コンパレータはオペアンプと同じ回路図記号（シンボル）を用います。 コンパレータの回路は図4のようになります。この回路の動作をみてみましょう。まず、正帰還も負帰還もないことに注目してください。VinとVREFの差を増幅しVoutから出力します。 となる。となる。 オペアンプを使用したフィードバック回路は上図のようになっています。非反転入力端子、反転入力端子、帰還回路で構成されています。 出力電圧v out は帰還回路を通して、非反転反転入力端子に戻されます(これは負帰還と呼ばれています)。 入力信号と出力信号の また 入力信号に対して出力信号の位相が180°変化する増幅回路。電圧増幅率は 原則として電圧値の電圧値の複数の入力電圧を世界最初のモノリシックICオペアンプは1960年代に現在主に用いられているオペアンプICには次のような種類がある。 オペアンプが負帰還で安定して増幅動作をするためには高域での位相補償容量が必要である。この位相補償はボルテージ・フォロワ動作時（利得1倍）に最も多く必要となる。現在広く使われているオペアンプICのほとんどは、ボルテージ・フォロワでも安定動作が出来るだけの位相補償がなされている。しかし、補償容量を大きくすると周波数特性、スルーレートが犠牲になるため、高利得用途向けの品種など、限定位相補償として高速・広帯域とする代わりにある程度の閉ループ利得を持つ回路でのみ安定動作するものもある。また、補償容量を内蔵せず用途に応じて最適な補償容量を外付けして使う非補償オペアンプもある。 オペアンプICは入出力の機能や、必要とする電源、ピン配置などのパッケージングを標準化したものが多いので、設計作業の効率化に役立つ。またオペアンプICは、複数のオペアンプ回路を内蔵したものも広く普及している。 負帰還システムとその効果 (オペアンプ) : オペアンプは高い電圧利得を持つ増幅器ですが、オペアンプ単体で増幅を行うことは殆どありません。 理由は開放利得のばらつきや帯域がせまく増幅率をコントロールすることが難しいからです。 そのため通常は負帰還回路を構成して使用します。 オペアンプ でなにができるの？
外付け抵抗によりオフセット電圧の調整が可能なもの、過熱時に自動停止するもの、入力部に保護ダイオードを内蔵するもの、無信号時に消費電力を下げる機能のあるものなど、追加の機能が付いたオペアンプICが多数開発されている。 オペアンプは二つの入力間の電位差によって動作する差動増幅回路で、裸電圧利得は10 4 倍から10 5 倍と非常に高く 、負帰還回路と組み合わせて適切な利得と動作を設定して用いる。 回路構成は一般的に、正負入力を持つ差動入力段、中間増幅段、負荷を駆動する出力段に分かれる。 中心となる回路は回路理論上は、「理想オペアンプ」と呼ばれる回路を想定する。
またオペアンプの入力電圧は オペアンプとコンパレータの大きな違いは位相補償容量の有無です。オ ペアンプは負帰還回路を構成して使用するためにicの内部に発振防 止用の位相補償容量が必要となります。一方、コンパレータは負帰還 オペアンプの位相遅れの原因を、負荷容量を含めて検討していきます。 Cp 最も発振が起きやすい全帰還回路(ボルテージフォロア)について位相遅れの原因をFigure 9.の回路の伝達関数より示します。 オペアンプは電子回路においてアナログ回路の主役と言っていいほど使用されます。オペアンプで非反転増幅回路・反転増幅回・ボルテージフォロワーは非常に多く使用します。この基本回路の特徴と用途についてシミュレーションを交えて解説していきます。 オペアンプは二つの入力間の電位差によって動作する演算増幅器の名称は、かつて自動制御機能などを電子回路で実現する際、微積分・比較・加算・減算などをアナログ演算によって行うために開発されたことに由来する。なお、こうした演算回路を自由に組み合わせて接続し、各種リアルタイム演算ができるようにした装置をオペアンプの差動入力は、非反転入力 (+) のオペアンプの出力電圧入出力間の電圧には差動利得（オープンループゲイン）を上記の関係を使って非反転増幅回路を計算する例を考える。
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