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． 1 1 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． 2 2 オペアンプの構成 vo=A(vi+−vi-) Aを電圧増幅度という． 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． 3 3 オペアンプの性質 vi+ = 0のとき vo= − Avi入力と出力の極性が 反転（逆位相）である． vi− = 0のとき vo= Avi+ 入力と出力の極性が 同じ（同位相）である． 4 4 オペアンプの性質 入力電流 入力インピーダンス オフセット電圧 出力インピーダンス 5 5 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． 6 6 ４−２ 反転増幅器 ■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 ■理想オペアンプを使う．■vi+=0とする． と出力の極性 は反対である R0 − ので，要注意． 入力と出力関係 v0 = − RA vi 7 7 ４−３ 非反転増幅器 ■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． 入力と出力関係 R0 + vi v0 = 1 + RA ■入力の極 性と出力の 極性は同一 である． 8 8 ４−４ オフセットの調整 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． 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． 9 9 ４−５ 加算回路 ■n個の入力電 圧があって，そ れらの和を演算 する回路を加算 回路という． ■反転増幅器と 同じ原理で実現 される． ■入力電圧にそ れぞれのR0/Riを かけて，総和が 得られる． 10 10 例題：オペアンプによる加算回路 11 11 加算回路 反転増幅回路 12 12 ４−６ 加減算回路 減算 部分 加算 部分 13 13 減算回路 ■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． ( R0 + v0 = vi − vi− RA ) ■理論回路であり， 実際に加減算回路 を用いる場合が多 い． 14 14 補充：乗算と除算回路 乗算回路の基本は，反転増幅回路である． 15 15 補充：乗算と除算回路 除算回路の基本は，反転増幅回路である． 16 16 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． 17 17 ４−７ 前段回路との接合 ■RA=RSであるか の理由を説明する． ■インピーダンス 接合とは， RA=RS のとき，最大に効 率で前段回路の信 号をオペアンプ増 幅器に伝える． 18 18 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 19 19 ４−８ 電圧ホロワ回路 電圧ホロワ回路を使うことにより，前段回路とオペア ンプ回路とのインピーダンス接合がうまくできる．結 局：v0=-Avs，前段の高インピーダンスの影響を克服 できる． 20 20 ４−９ 微分回路 21 21 ４−９ 積分回路 22 22 ４−１０ 差動増幅回路 23 23 演習問題 24 24 演習問題 25 25 演習問題 （４）次の回路の入力電圧と出力電圧の関係を求めよ． 26 26 演習問題 （５）次の回路の入力電圧と出力電圧関係を求めよ． ただし，数学の微分と積分記号を使ってもよい． 27 27
© Copyright 2024 ExpyDoc
