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第4章 アナログ回路(オペアンプ)
アナログ回路とは:時間的に連続変化する信号を扱う電子回路のことである.
アナログ回路には,増幅回路,発振回路,加算回路,減算回路,微分回路,積分回路などがある.一般に,トランジスタを中心に抵抗,インダクタンス(コイル),キャパシタンス(コンデンサ)などを用いて,いろいろな電子回路が作られる.
この章では,トランジスタなどから作った集積回路であるオペアンプを用いて,アナログ回路の簡単な設計方法を学習する.
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4-1 理想的演算増幅器
演算増幅器は,アナログ回路における演算用(四則演算,微分,積分など)のため,トランジスタなどから作られた集積回路であり,性能の高い直流増幅器である.一般に,オペアンプ(OP,Operation amplifier)という.
オペアンプを用いてアナログ回路が簡単に作られる.
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オペアンプの構成
V+,V-は電源で,一般にV+に+15V, V-に-15Vに接続する.
入力端子vi+とvi
-は2つあり, vi+ に入力するとき,
出力voの位相は同じ, vi-に入力するとき,出力voの
位相は反転となる.
vo=A(vi+-vi
-)Aを電圧増幅度という.
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理想オペアンプ(1)Zin=∞,Ii
+=Ii-=0,
Vio=0
(2) Zout=0
(3)電圧増幅度A=∞
(4)入出力間に応答時間が0である(瞬時処理)
以上の4つ条件を仮定したオペアンプを理想オペアンプという.今後,理想オペアンプを使うことにする.
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■理想オペアンプを使う.■vi+=0とする.
4-2 反転増幅器
入力と出力関係−−= i
Av
RRv 0
0
■増幅率はR0とRAの比で決
められるので,非常に便利である.
■入力の極性と出力の極性は反対であるので,要注意.
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オフセット電圧とは,入力電圧がなくても,微小な電圧が出力されることである.一般に温度,電磁干渉,電源電圧の不安定などの原因で発生する.これの存在はオペアンプの精度が大きく損なわれる.
4-4 オフセットの調整
この回路で打ち消されることができる.また,オペアンプにオフセット調整端子(可変抵抗器)が付いている.入力が0のとき,出力も0であるように調整すればよい.
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減算回路
( )−+ −= iiA
vvRRv 0
0
■出力はvi+とvi
-の
差からなり,その倍率は R0/RAで調整
できる.
■理論回路であり,実際に加減算回路を用いる場合が多い.
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4-7 前段回路との接合
■前段回路がある場,オペアンプ反転増幅器のR0とRAの選び方を考える.結果:RA=RS(なぜか?後で論述)になり,R0は出力関係v0=-(R0/RA)viの要求により
求められる.
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4-8 電圧ホロワ回路前段回路のRSが非
常に大きい場合,インピーダンス整合のための,大きなRAが
入手できない.
v0=vi+,その入力イン
ピーダンスはオペアンプの入力インピーダンス(∞と仮定)となる.大きなRSに対応でき
る点が利用される.
電圧ホロワ回路