オペアンプ
オペアンプ、またはオペアンプは、高入力インピーダンスと低出力インピーダンスを備えた非常に高ゲインの差動アンプです。オペアンプは通常、電圧振幅の変化、発振器、フィルタ回路などを提供するために使用されます。オペアンプには、非常に高い電圧ゲインを実現するために、いくつかの差動アンプ段が含まれる場合があります。
これは、出力と入力を直接結合する高ゲイン差動アンプです。これは、DCおよびAC操作に適しています。オペアンプは、さまざまな数学的演算に加えて、計装デバイス、信号発生器、アクティブフィルタなどの多数の電子機能を実行します。この用途の広いデバイスは、電圧コンパレータ、アナログ-デジタルコンバータ、デジタル-アナログコンバータ、対数増幅器、非線形関数発生器など、多くの非線形アプリケーションでも使用されます。
基本的な差動アンプ
次の図は、基本的な差動アンプを示しています。
上の図では-
VDI =差動入力
VDI= V 1 – V 2
VDO =差動出力
VDO= V C1 -V C2
この増幅器は、2つの入力信号、V差増幅1及びV 2。
差動電圧ゲイン、
$$ A_d = \ frac {V_ {DO}} {V_ {DI}} $$
そして
$$ A_d = \ frac {（V_ {C1} -V_ {C2}）} {V_ {DI}} $$
次の図に示すように、基本的なオペアンプは3つのステージで構成されています。
入力ステージ
これは最初の段階であり、次の特徴があります。
- 高CMR（コモンモード除去）
- 高入力インピーダンス
- 広い帯域幅
- 低（DC）入力オフセット
これらは、オペアンプの性能にとって重要な特性です。このステージは差動アンプステージで構成され、トランジスタは定電流源として機能するようにバイアスされています。定電流源は、差動アンプのCMRを大幅に向上させます。
以下は、差動アンプへの2つの入力です。
- V 1 =非反転入力
- V 2 =反転入力
中間段階
これは第2段階であり、電圧と電流のゲインを向上させるように設計されています。電流ゲインは、オペアンプの電力の大部分が生成される出力段を駆動するのに十分な電流を供給するために必要です。このステージは、1つまたは複数の差動アンプとそれに続くエミッタフォロワおよびDCレベルシフトステージで構成されます。レベルシフト回路により、アンプは1つの出力で2つの差動入力を持つことができます。
| V out = + ve | V 1 > V 2 |
| V out = -ve | 場合V 2 <V 1 |
| V出力= 0 | V 1 = V 2 |
出力段
これはオペアンプの最終段であり、出力インピーダンスが低くなるように設計されています。これにより、負荷を駆動するために必要な電流が供給されます。負荷が変化すると、出力段から多かれ少なかれ電流が流れます。したがって、前段は出力負荷の影響を受けずに動作することが重要です。この要件は、入力インピーダンスが高く電流ゲインが高くなるようにこのステージを設計することで満たされますが、出力インピーダンスは低くなります。
オペアンプには2つの入力があります。 Non-inverting input そして Inverting input。
上図は反転タイプのオペアンプです。反転入力端子に印加された信号は増幅されますが、出力信号は入力信号と180度位相がずれています。非反転入力端子に印加された信号は増幅され、出力信号は入力信号と同相になります。
オペアンプは多数の回路に接続して、さまざまな動作特性を提供できます。