オペアンプとは何ですか？
オペアンプは、の基本的な構成要素です。 アナログ電子回路 。これらは、DCアンプのすべての特性を備えたリニアデバイスです。オペアンプに外部抵抗またはコンデンサを使用すると、反転増幅器、非反転増幅器、電圧フォロワ、コンパレータ、差動増幅器、加算増幅器、積分器など、さまざまな形式の増幅器を作成できます。OPAMPは単一の場合もありますが、デュアル、クワッドなど。CA3130、CA3140、TL0 71、LM311などのOPAMPは、非常に低い入力電流と電圧で優れた性能を発揮します。理想的なオペアンプには、他の端子に加えて3つの重要な端子があります。入力端子は反転入力と非反転入力です。 3番目の端子は、電流と電圧をシンクおよびソースできる出力です。出力信号は、アンプのゲインに入力信号の値を掛けたものです。
オペアンプの5つの理想的なキャラクター：
1.オープンループゲイン
開ループゲインは、正または負のフィードバックのないオペアンプのゲインです。理想的なオペアンプのオープンループゲインは無限大である必要がありますが、通常は20,000〜2、00000の範囲です。
2.入力インピーダンス
これは、入力電圧と入力電流の比率です。電源から入力への電流の漏れがなく、無限大である必要があります。ただし、ほとんどのオペアンプにはピコアンペアの電流リークがいくつかあります。
3.出力インピーダンス
理想的なオペアンプは、内部抵抗がなくても出力インピーダンスがゼロである必要があります。出力に接続された負荷に全電流を供給できるようにします。
4.帯域幅
理想的なオペアンプは、DC信号から最高のAC周波数までの任意の周波数を増幅できるように、無限の周波数応答を備えている必要があります。ただし、ほとんどのオペアンプの帯域幅は限られています。
5.オフセット
入力間の電圧差がゼロの場合、オペアンプの出力はゼロである必要があります。しかし、ほとんどのオペアンプでは、オフのときに出力がゼロになることはありませんが、そこからわずかな電圧が発生します。
OPAMPピン構成：
典型的なオペアンプでは、8つのピンがあります。これらは
ピン1–オフセットヌル
ピン2–反転入力INV
ピン3–非反転入力非INV
ピン4–アース-負電源
ピン5–オフセットヌル
ピン6–出力
ピン7–正の供給
ピン8–ストロボ
OPAMPの4種類のゲイン：
電圧ゲイン–電圧入力と電圧出力
電流ゲイン–電流入力と電流出力
相互コンダクタンス–電圧入力と電流出力
トランス抵抗–電流入力と電圧出力
“バッテリー脱硫器の作り方 ”
オペアンプの動作：
ここでは、LM358のオペアンプを使用しました。通常、非反転入力はバイアスに与えられる必要があり、反転入力はこれを出力から入力への60k抵抗のフィードバックに接続された実際の増幅器です。また、抵抗10kがコンデンサと直列に接続され、1Vの正弦波が回路に供給されます。ここで、ゲインがR2 / R1 = 60k / 10k = 6ゲインによってどのように制御されるかを確認し、出力は6Vになります。 。ゲインを40変えると、出力は4Vの正弦波になります。
オペアンプの動作に関するビデオ
通常、これはデュアル電源アンプであり、抵抗ネットワークを使用することでシングル電源に簡単に構成できます。この場合、抵抗R3とR4は、非反転入力の両端に供給電圧の半分の電圧を印加します。これにより、出力電圧も供給電圧の半分になり、一種のバイアス電圧抵抗R3とR4を形成します。 1kから100kですが、すべての場合で等しくなければなりません。構成によって引き起こされるノイズを低減するために、追加の1Fコンデンサが非反転入力に追加されました。この構成では、入力と出力にカップリングコンデンサを使用する必要があります。
3つのOPAMPアプリケーション：
1.増幅
オペアンプからの増幅された出力信号は、2つの入力信号の差です。
上の図は、オペアンプの単純な接続です。両方の入力に同じ電圧が供給されている場合、オペアンプは2つの電圧の差を取り、0になります。オペアンプはこれにゲイン1,000,000を掛けて、出力電圧を0にします。2ボルトの場合一方の入力に1ボルト、もう一方の入力に1ボルトを与えると、オペアンプはその差を取り、ゲインを乗算します。つまり、1ボルトx1,000,000です。ただし、このゲインは非常に高いため、ゲインを下げるために、出力から入力へのフィードバックは通常、抵抗を介して行われます。
反転増幅器：
上に示した回路は、非反転入力がグランドに接続された反転増幅器です。 2つの抵抗R1とR2は、R1が入力信号を供給し、R2が出力を反転入力に返すように回路に接続されています。ここで、入力信号が正の場合、出力は負になり、その逆も同様です。入力に対する出力の電圧変化は、抵抗R1とR2の比率に依存します。 R1は1Kとして選択され、R2は10Kとして選択されます。入力が1ボルトを受け取る場合、R1を介して1 mAの電流が流れ、R2を介して1 mAの電流を供給し、反転入力でゼロ電圧を維持するために、出力は–10ボルトになる必要があります。したがって、電圧ゲインはR2 / R1です。つまり、10K / 1K = 10
非反転アンプ：
上に示した回路は非反転増幅器です。ここで、非反転入力は信号を受信し、反転入力はR2とR1の間に接続されています。入力信号が正または負のいずれかに移動すると、出力は同相になり、反転入力の電圧を非反転入力の電圧と同じに保ちます。この場合の電圧ゲインは常に1より高くなります（1 + R2 / R1）。
二。 ボルテージフォロワー
上記の回路は電圧フォロワです。ここでは、高入力インピーダンス、低出力インピーダンスを提供します。入力電圧が変化すると、出力と反転入力は等しく変化します。
3.3。 コンパレータ
オペアンプは、一方の入力に印加された電圧をもう一方の入力に印加された電圧と比較します。電圧が小さい場合でも電圧差があると、オペアンプが飽和状態になります。両方の入力に供給される電圧が同じ大きさで同じ極性の場合、オペアンプの出力は0ボルトです。
コンパレータは、互換性を検証する必要がある場合でも、デジタルロジックと簡単にインターフェイスできる制限された出力電圧を生成します。
コンパレータ回路図としてのオペアンプのビデオ
ここでは、反転端子と非反転端子を備えたコンパレータとして使用されるオペアンプがあり、それらに分圧器とメータを接続し、出力に電圧計を接続しています。 LEDから 出力。コンパレータの基本的な式は、「+」が「–」より大きい場合、出力はハイ（1）であり、それ以外の場合、出力はゼロです。負の入力の電圧が基準電圧より低い場合、出力はハイになり、負の入力が正の電圧より高くなると、出力はローになります。
OPAMPの3つの要件：
1.1。 オフセットヌル
ほとんどのオペアンプは、入力電圧が同じであっても、出力にオフセット電圧があります。出力をゼロ電圧にするために、オフセットヌル法が使用されます。ほとんどのオペアンプでは、固有の特性のために小さなオフセットがあり、入力バイアス配置の不一致に起因します。そのため、入力信号がゼロの場合でも、一部のオペアンプの出力で小さな出力電圧を利用できます。この欠点は、入力に小さなオフセット電圧を供給することで修正できます。これは、入力オフセット電圧として知られています。オフセットを削除またはヌルにするために、ほとんどのオペアンプにはオフセットヌルを有効にする2つのピンがあります。このためには、通常値が100Kのポットまたはプリセットをピン1と5の間に接続し、ワイパーを地面に接続する必要があります。プリセットを調整することにより、出力をゼロ電圧に設定できます。
二。 ストロボまたは位相補償
オペアンプは時々不安定になることがあり、周波数帯域全体で安定させるために、通常、キャップはストロボピン8とピン1の間に接続されます。通常、47pFのディスクコンデンサが追加されます 位相補償 OpAmpが安定したままになるようにします。これは、オペアンプが高感度アンプとして使用される場合に最も重要です。
3.3。 フィードバック
ご存知のように、オペアンプは通常約1,000,00倍の非常に高いレベルの増幅を持っています。 Op-Ampのゲインが10,000であるとすると、Op-Ampは非反転入力（V +）と反転入力（V-）の電圧差を増幅します。したがって、出力電圧Voutは
10,000 x（V + – V-）
この図では、信号は非反転入力に適用され、反転入力では出力に接続されています。したがって、V + = VinおよびV- = Voutです。したがって、Vout = 10,000 x（Vin – Vout）。したがって、出力電圧は入力電圧とほぼ等しくなります。
次に、フィードバックがどのように機能するかを見てみましょう。反転入力と出力の間に抵抗を追加するだけで、ゲインが大幅に低下します。出力電圧の一部を反転入力に取り込むことにより、増幅を大幅に減らすことができます。
“電気の位相は何ですか ”
前の式のように、V out = 10,000 x（V + – V-）。ただし、ここではフィードバック抵抗が追加されています。したがって、ここでV +はVinであり、V-はR1.R1 + R2 x Voutです。したがって、Voutは10,000x（Vin – R1.R1 + R2xVout）です。したがって、V out = R1 + R2.R1x Vin
負帰還：
ここで、オペアンプの出力はその反転（–）入力に接続されているため、出力は平衡に達するように入力にフィードバックされます。したがって、非反転（+）入力の入力信号は出力で反射されます。負帰還を備えたオペアンプは、出力を必要なレベルまで駆動するため、反転入力と非反転入力の間の電圧差はほぼゼロになります。
正のフィードバック：
ここで、出力電圧は非反転（+）入力にフィードバックされます。入力信号は反転入力に供給されます。正帰還設計では、反転入力がグランドに接続されている場合、オペアンプからの出力電圧は、非反転入力の電圧の大きさと極性に依存します。入力電圧が正の場合、オペアンプの出力は正になり、この正の電圧は非反転入力に供給され、完全な正の出力になります。入力電圧が負の場合、条件は逆になります。
オペアンプのアプリケーション–オーディオプリアンプ
フィルターとプリアンプ：
パワーアンプはプリアンプの後、スピーカーの前にあります。最新のCDおよびDVDプレーヤーには、プリアンプは必要ありません。ボリュームコントロールとソースセレクターが必要です。スイッチングコントロールとパッシブボリュームを使用することで、プリアンプを回避できます。
オーディオパワーアンプについて簡単に説明しましょう
パワーアンプは、低レベルの信号を大信号に変換することでスピーカーを駆動できるコンポーネントです。パワーアンプの仕事は、比較的高い電圧と大電流を生成することです。通常、電圧ゲインの範囲は20〜30です。パワーアンプの出力抵抗は非常に低くなっています。
オーディオパワーアンプの仕様
- 最大出力電力：
小信号と大信号の両方で、出力電圧は負荷に依存しません。負荷に印加された特定の電圧により、2倍の電流が発生します。したがって、2倍の電力が供給されます。電力定格は、RMS電圧を長期間測定する正弦波を使用して電力を測定できるような連続平均正弦波電力です。
- 周波数応答：
周波数応答は、フルオーディオ帯域を20Hzから20KHzに拡張する必要があります。周波数応答の許容誤差は±3dbです。帯域幅を指定する従来の方法は、アンプが公称0dbから3dbダウンすることです。
- ノイズ：
パワーアンプが高周波で使用している場合、パワーアンプは低ノイズを生成する必要があります。ノイズパラメータは、重み付けされている場合とされていない場合があります。重み付けされていないノイズは、20KHz帯域幅で指定されます。耳の感度に基づいて、加重ノイズの仕様が考慮されます。加重ノイズ測定は、より高い周波数でノイズを減衰させる傾向があるため、加重ノイズ測定は、非加重ノイズ測定よりもはるかに優れています。
- ねじれ：
全高調波歪みは、通常、さまざまな周波数で指定される一般的な歪みです。これは、負荷インピーダンスを駆動するパワーアンプで与えられる電力レベルで指定されます。
