オペアンプを使った回路 オペアンプを使うことで、様々な動作 をする回路を容易に構築することが できる。 ここではその例をいくつか示す。 計装アンプ（計測アンプ） Instrumenta5on Amplifierの訳。 精密計測器（Instrument）に用 いる、高精度の作動増幅アン プ。 正・負の２入力の差を増幅する ことで、信号ラインに乗りやす い同相ノイズを除去する。広範 囲で高い線形性の増幅が可能。 その他、高入力インピーダンス、 低入力オフセット、などの特性 があり、微少信号を正確に測 定するために利用される。 R2 VIN− VIN+ R1 R1 VOUT ｰ + R2 R1,R2は精密に一致させる必要がある。 金属皮膜の精密抵抗から、さらに比率 の一致するペアを探して用いる。 入力端子側は、物理的に周りをグラウン ド電極で囲み、できるだけ配線を短くす ることで、ノイズの混入を防ぐ。 加減算回路 計装アンプは、電圧を電流に 変換してフィードバック抵抗に 流し、電圧として増幅する。 増幅率を１に設定し、入力を 複数設置すると、各入力から の電流の和が出力電圧を与 える。この性質を利用すると、 電圧の可算・減算回路が作 れる。 入力VIN+1,2,3･･･が可算され、 入力VIN−a,b,c･･･が減算され た電圧がVOUTに出力される。 ・ ・ ・ VIN−c 1kΩ VIN−b VIN−a 1kΩ 1kΩ ｰ VIN+1 1kΩ + VIN+2 1kΩ VIN+3 1kΩ 1kΩ VOUT 1kΩ ・ ・ ・ 入力抵抗を1/Nにすると入力電圧をN倍 して加算することができる。 電流測定器 R2 i VIN ｰ VOUT + 微少な電流を測定する場合、リーク電流 が誤差を生むため、入力インピーダンス の大きなFET入力オペアンプを用いる。入 力電流オフセットが、測定電流の精度以 下の品種を用いる。入力端子周りは高絶 縁性素材で構成し、ガードアースで囲む。 入力電流iがR2に流れるとき の電圧を出力する。R2が入 力インピーダンスとなるため、 理想的な電流計としてはR2 が小さい方が望ましい。 しかし、出力電圧はi・R2なの で小さすぎると出力電圧が 小さくなってしまう。電流を電 圧に変換した後、電圧を増 幅して感度を高める。 ヴォルテージ・フォロワ VIN ｰ VOUT + ヴォルテージ・フォロワは、測定に より電圧を変化させること無く、電 圧を伝える、一種のバッファの役 割を果たす。 出力電流が足りない場合にも利 用される。 ヴォルテージ・フォロワは入力 電圧をそのまま出力する回路。 それだけなら、ただ入力から出 力に電線をつなげばいいじゃな いか？いや、実際の測定では、 入力に流れ込む電流によって 電圧が落ちてしまう。 しかし、ヴォルテージフォロワを 使えば、VINの入力インピーダン スは非常に大きく（数10MΩ）、 電圧を変化させること無く、出力 に伝えることができる。 積分回路 反転増幅回路のフィー ドバック抵抗R2をコンデ ンサC2に置き換えると、 コンデンサに蓄えられた 電荷に比例した電圧が 出力されるため、入力電 圧の積分回路になる。 C2 VIN R1 ｰ + 角周波数ωの正弦波に対する増幅率Aは-‐Z2/ Z1= -‐（１/jωC）/R=ｊ/ωCRである。ω0=１/CR とす ると、VOUT=ｊ（ω0/ω）VIN=ｊ（ω0/ω）V0exp（jωｔ）で ある。一方、正弦波ψ=exp（jωｔ）に対して積分 演算∫をかけると、∫ψ=（1/ｊω）exp（jωｔ）=-‐j（1/ω） ψとなる。すなわち、VOUT=-‐ω0∫VINと表される。 VOUT 微分回路 R2 VIN C1 ｰ + VOUT 一方、左は積分回路の反 対で、C1にかかる電圧の 変化分だけがコンデンサ C1を通り入力されるため、 微分回路になる。 微分回路では、角周波数ωの正弦波に対する 増幅率Aは-‐Z2/Z1=-‐R/（１/jωC）=-‐ｊωCRである。 ω0=１/CR とすると、VOUT=ｊ（ω/ω0）VIN=ｊ（ω/ω0） V0exp（jωｔ）である。一方、正弦波ψ=exp（jωｔ） に対して微分演算Dをかけると、Dψ=ｊω exp（jω ｔ）=jωψとなる。すなわち、VOUT=-‐(1/ω0)DVINと表 される。 理想ダイオード回路 ｰ VIN + ｰ VIN + ダイオードは完全な整流素 子ではない。順方向0.6Vま 1−100k では電流が流れない。出 力電流は指数関数的に増 加する。 オペアンプを利用すると、 VOUT これらの特性を理想化する ことができる。 VOUT 1−100k
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