オペアンプの基本的な理解

運用アンプについてよりよく学ぶため, 次の 16 質問と回答は、運用アンプの基本にすばやく慣れることができます.

1. 一般的に, 反転にはバランス抵抗があります / 同相増幅回路. このバランス抵抗の役割は何ですか?

(1) チップ内のトランジスタに適切な静的バイアスを提供します。.

チップ内の回路は通常直接接続されています, 静的作業点を自動的に調整できます. しかし, 入力ピンが電源またはグランドに直接接続されている場合, 自動調整機能が異常です, チップ内のトランジスタはアース線の電圧を上げたり、電源の電圧を引き下げたりできないためです。, これはチップが仮想ショートおよび仮想ブレークの条件を満たせないことにつながります。, 回路を別途解析する必要がある.

(2) 出力電圧に対する静的ベース電流の影響を排除するには, 大きさは、2 つの入力端子における外部 DC パスの等価抵抗とバランスが取れている必要があります。, それが名前の理由でもあります.

2. 帰還抵抗にコンデンサを付けた同相比例オペアンプの機能は何ですか?[/ H1] (1) 帰還抵抗とコンデンサでハイパスフィルターを形成, これは、局所的な高周波増幅に特に強力です。.

(2) 自己励起を防ぐ.

3. オペアンプの同相増幅回路がバランス抵抗に接続されていない場合はどうなりますか?

オペアンプを燃やすとオペアンプが損傷する可能性があります, 抵抗は分圧の役割を果たすことができます.

4. プルダウン抵抗はオペアンプの入力コンデンサをプルアップする際にどのような役割を果たしますか?

正のフィードバックと負のフィードバックの問題を取得することです, これは特定の接続によって異なります. 例えば, 現在の入力電圧信号と出力電圧信号を取得した場合, 出力端のワイヤーを取り出して入力セクションに接続します, その後、上記の抵抗により, 出力信号の一部は抵抗を通過した後に電圧値を取得します, 入力電圧を下げるために入力電圧を分路する, それは否定的なフィードバックです. 信号源が出力する信号は常に一定であるため, 出力信号は負帰還によって補正可能.

5. オペアンプは積分器に接続されています. 積分コンデンサの両端の並列抵抗RFの役割は何ですか?

放電抵抗は出力電圧が制御不能になるのを防ぐために使用されます。.

6. 通常、オペアンプの入力に抵抗とコンデンサが直列に接続されるのはなぜですか?

オペアンプの内部回路に詳しい方, どのようなオペアンプであっても、複数のトランジスタまたは MOS チューブで構成されていることがわかります。. 外部コンポーネントがない場合, オペアンプはコンパレータです. 同相端子電圧が高い場合, 正の電圧と同様のレベルを出力します。, その逆も同様です… しかし、このオペアンプはあまり役に立たないようです. 外部回路がフィードバック形式で形成されている場合のみ, オペアンプには増幅機能が備わっていますか, 反転など

7. オペアンプの同相増幅回路のバランス抵抗が間違っているとどうなりますか?

(1) 同相反転端子はアンバランスです, 入力が次の場合には出力もあります。 0. 入力信号が入力されたとき, 出力値は常に大きい固定数になります (それ以下の) 理論出力値よりも.

(2) 入力バイアス電流による誤差が解消できない.

8. 理想的な統合オペアンプの増幅率はどれくらいですか?, 入力インピーダンスは何ですか, 同相入力と反転入力間の電圧はいくらですか?

倍率は無限大です, 入力インピーダンスは無限小です, 同方向入力と逆入力間の電圧はほぼ同じ (ない 0!!! (10反対側は V、反対側は 9.99999V)

9. すみません, 理想的なオペアンプの開ループゲインが無限大なのはなぜですか?

(1) オペアンプの実際の開ループゲインは、 100000, それはとても, 非常に大きい. したがって, 実際のオペアンプの開ループゲインは無限大と想像されます, そして仮想接地が導出される.

(2) 導出された仮想グランドは反転アンプ専用です.

本には、オペアンプの開ループゲインが無限大であることが記載されています。, 回路を設計するときに, 閉ループゲインは開ループゲインによって制限できません, ただし外部コンポーネントのみに依存します. 閉ループゲインの安定性のために大きな開ループゲインを犠牲にすることです.

(3) オペアンプを負帰還接続した場合、仮想グランドは反転アンプだけではないことが導かれます; 正のフィードバックには仮想的な根拠はありません.

(4) ゲインが小さい場合はよくわかります。, 出力電圧用, オペアンプの両端に印加される電圧の差が比較的大きい. 負帰還状態に接続されている場合, オペアンプの両端の電圧が不均一になります, 増幅誤差が生じる.

(5) 実現には2つの条件がある “仮想ショート” オペアンプの:

1) オペアンプの開ループゲイン a は十分に大きい必要があります;

2) 負帰還回路があるはずです.

初め, オペアンプの出力電圧 Vo は、正相入力電圧と逆相入力電圧の差 vid にオペアンプの開ループ ゲイン a を乗じたものに等しいことがわかります。. つまり, VO = ビデオ * a = (VI – VI -) * a (1) 実際にはオペアンプの出力電圧が電源電圧を超えることはありませんので、, それは限定値です.

この場合, aが大きい場合, (VI – VI -) 小さいはずです; もし (VI – VI -) ある程度小さいです, 実際には次のように考えることができます 0. 現時点では, VI = VI になります -, つまり, オペアンプの同相入力の電圧は反転入力の電圧に等しい, つながっているように見えるもの. これはと呼ばれます “仮想短絡”. 実際には接続されていないことに注意してください, そして彼らの間には抵抗がある, 心に留めておかなければならないこと.

上記の議論では, 結果はどうやって得ますか “仮想ショート”?

私たちの出発点は公式です (1), オペアンプの特性です. 問題ありません. 安心できます. それから, 私たちは 2 つの重要な仮定を立てました. 1つは、オペアンプの出力電圧が制限されていることです。, それは問題ありません. もちろん, オペアンプの出力は電源を超えません, したがって、この仮定は真実です, なので今後は言及しないことにします. 2 つ目は、オペアンプの開ループ ゲイン a が非常に大きいことです。.

通常のオペアンプのαは通常6次までです。, 7の乗 10 またはさらに高い. この仮定は通常は問題ありません, ただし、オペアンプの実際の開ループゲインはその動作状態にも関係していることを忘れないでください。. 線形領域を離れると, aは必ずしも大きいわけではない. したがって, この 2 番目の仮定は条件付きです. まずはこれを覚えましょう.

したがって, オペアンプの開ループゲイン a が大きい場合、, オペアンプには次のものがあります “仮想ショート”. しかし、これはあくまで可能性の話です, 自動ではない. オペアンプの 2 つの入力が同じであるとは誰も信じないでしょう。 “仮想ショート”「 “バーチャルショート” 特定の回路でのみ実現可能.

の存在条件は、 “仮想ショート” は:

1) オペアンプの開ループゲイン a は十分に大きい必要があります;

2) 負帰還回路があるはずです.

条件を理解した上で、 “仮想ショート”, いつ使用できるか、いつ使用できないかを簡単に判断できます “仮想ショート” 回路解析用. 実際には, 状態 (1) ほとんどのオペアンプに当てはまります, キーは作業領域によって異なります.

本に載っている回路なら, 計算で判断する; 実際の回路であれば, オペアンプの出力電圧が適切かどうかは、機器を測定することで知ることができます。. 関連する別の状況 “仮想ショート” と呼ばれます “仮想グラウンド”, つまり, の “仮想ショート” 入力端子が接地されている場合, それは新しい状況ではありません.

いくつかの本にはそう書いてあります “仮想ショート” 深い負のフィードバックの条件下でのみ使用できます. これは正確ではないと思います. 根底にある考え方は、深い否定的なフィードバックの場合、, オペアンプは線形領域で動作する可能性が高くなります. しかし、これは真実ではありません. 入力信号が大きすぎる場合, 深い負帰還を伴うオペアンプはまだ飽和状態にあります.

したがって, 出力電圧値によって確実に判断する必要があります.

10. 入力信号は同相入力端子に直接加算されます。, 反転入力端子は抵抗を介して接地されています。. なぜu_= U =Ui≠0なのか? 空いてる場所じゃないの?

問題の補足: 欠乏と不足を形成するには、特定の条件が満たされなければなりません. 仮想土地を形成するには特定の条件を満たす必要がありますか? それは何ですか? なぜ?

(1) 同相増幅回路内, アウトプットがあなたを作ります () 自動的にUを追跡します (-) フィードバックを通じて, だからあなたは () – u (-) に近いでしょう 0. 両端がショートしているようです, それでそれは呼ばれます “仮想ショート”.

(2) 仮想ショート現象とオペアンプの高い入力抵抗による, オペアンプの2つの入力端子を流れる電流は非常に小さい, に近い 0. この現象はと呼ばれます “仮想休憩” (仮想ブレークは仮想ショートから派生します, この二つは矛盾しているとは思わない)

(3) 仮想グランドは反転オペアンプ回路内にあります, () 端子が接地されている, (-) 入力およびフィードバックネットワーク. バーチャルショートの存在により, u (-) そしてU () [に等しい可能性 0] とても近いです, したがって、それは偽接地と呼ばれます (-) 終わり – “仮想グラウンド”

(4) 条件について: 仮想ショートは閉ループの重要な機能です (要するに, フィードバック付き) 同相増幅回路の動作状態, 仮想グランドは、閉ループ動作状態における逆増幅回路の重要な機能です。. バーチャルショートの状態把握に注意 (のような “平等に近い”), 大丈夫なはずです.

11. いつもオペアンプの型番がおかしいと思うのですが. 1つ目は “仮想ショート”, なぜなら “仮想ショート”. オペアンプを同相アンプに接続した場合, 2つの入力の電位は同じです. 現時点では, 測定した入力の波形が同じ場合, コモンモード信号のようなものです. 実際には, 2 つの入力にはまだ小さな差動モード信号が残っています, しかし, このようにして, の “仮想ショート” 人為的に (仮想ショートは深い負のフィードバックの結果であるため、, それは人工的なものです) 2 つの入力におけるコモンモード信号を増加させます。, これはオペアンプの性能に課題をもたらします. なぜオペアンプをこのように使用する必要があるのか?

(1) 同相アンプのコモンモード信号は、反転アンプのコモンモード信号よりもはるかに大きくなります, コモンモード除去比の要件は高い.

(2) についての私の意見 “同アンプおよび反転アンプのコモンモード信号抑制能力” 利点と欠点 (DB値) オペアンプのコモンモード信号抑制比は主に内部の対称性とゲインに依存します。 (内部のみ) オペアンプの差動アンプ. コモンモード除去比を提供し、外部回路の構造条件を付加するオペアンプがないことは明らかです。.

シングルエンド入力の場合, 同相か逆相か, 等価コモンモード値は入力値の半分です. しかし, 通常、同相増幅の入力インピーダンスは逆増幅の入力インピーダンスよりも大きいため、, 耐干渉能力は確実に劣ります.

上記のように, 反転入力時, 反転端子電圧はほぼゼロです, したがって、差動管のコレクタ電圧の変化は 1 つの管だけです。. 同相入力時, 反転端の電圧は同相端の電圧に等しい, したがって、コモンモード電圧は入力電圧と等しくなります。! つまり、, 2つのトランジスタの部分が同時に異なる方向に変化することに加えて、差動ペアトランジスタのコレクタ電圧も同じ方向に変化します。, これはコモンモード出力電圧です.

いずれかの真空管の電圧と同相で加算されます。. したがって, 飽和状態になりやすい (またはカットオフ) チューブの. 幸いなことに, コモンモード電圧の増幅は、ディファレンシャルモード倍率のわずか数万分の1です。.

上記は、差動モード入力とアンプのコモンモード入力のコモンモード除去比が異なることを意味するものではありません。! 同相入力である必要があります, 入力に相当するコモンモード信号が追加されます! したがって, 同相増幅モードは、入力信号が大きい場合には注意して使用する必要があります。.

12. 一般にオペアンプを逆スケールする必要があるのはなぜですか?

逆入力方式と同相入力方式の主な違いは次のとおりです。:

反転入力方式の場合, バランス抵抗は同相端子でグランドに接続されます, この抵抗には電流が流れません (オペアンプの入力抵抗が非常に大きいため), したがって、この同相端子は接地電位にほぼ等しくなります。, と呼ばれるもの “仮想グラウンド”, 反転端子と同相端子の電位が非常に近い, だからそれもあります “仮想グラウンド” 反転端子で.

仮想グランドの利点は、コモンモード入力信号がないことです。. このオペアンプのコモンモード除去比は高くなくても、, コモンモード出力はありません. 同相入力の接続方式には、 “仮想グラウンド”. シングルエンド入力信号を使用する場合, コモンモード入力信号が生成されます. コモンモード除去比の高いオペアンプを使用しても, コモンモード出力はまだ存在します.

したがって, 一般的に, 可能な限り逆入力接続方式を採用します。.

13. オペアンプによっては電源投入後、電圧を入力しなくても出力するものがあります。, そして出力は小さくありません, それでVCC / 2 基準電圧としてよく使用されます.

オペアンプは入力がなくても出力があります, これはオペアンプ自体の非対称設計構造に起因します。, つまり, 入力オフセット電圧 Vos, これはオペアンプの非常に重要な性能パラメータです。. VCC / 2 オペアンプは単電源で動作するため、オペアンプの基準電圧としてよく使われます。. 現時点では, オペアンプの実際の基準は VCC です / 2. したがって, VCCのDCバイアス / 2 オペアンプのプラス側に設けられることが多い, 正および負の電源が供給される場合、グランドは多くの場合基準として使用されます。.

オペアンプの選択には注意すべき点がたくさんあります. それほど厳しくない条件下では, 動作電圧, 出力電流, 消費電力, ゲイン帯域幅積, 価格, 等. 多くの場合、オペアンプの出力を考慮する必要があります. もちろん, オペアンプを特殊な条件で使用する場合, さまざまな影響要因を考慮する必要がある.

14. オペアンプで構成される増幅回路はなぜ反転入力モードをサンプリングするのが一般的ですか?

(1) 逆入力方式と同相入力方式の主な違いは次のとおりです。:

反転入力方式の場合, バランス抵抗は同相端子でグランドに接続されます, この抵抗には電流が流れません (オペアンプの入力抵抗が非常に大きいため), したがって、この同相端子は接地電位にほぼ等しくなります。, と呼ばれるもの “仮想グラウンド”, 反転端子と同相端子の電位が非常に近い, だからそれもあります “仮想グラウンド” 反転端子で.

仮想グランドの利点は、コモンモード入力信号がないことです。. このオペアンプのコモンモード除去比は高くなくても、, コモンモード出力はありません. 同相入力の接続方式には、 “仮想グラウンド”. シングルエンド入力信号を使用する場合, コモンモード入力信号が生成されます. コモンモード除去比の高いオペアンプを使用しても, コモンモード出力はまだ存在します. したがって, 一般的に, 可能な限り逆入力接続方式を採用します。.

(2) 正相は発振器です, 逆相によりアンプを安定させることができます, そして負帰還が繋がる

(3) 原則として, 同相比例増幅回路の接続が可能. しかし, 実用化において, 増幅された信号 (つまり. 差動モード信号) 多くの場合非常に小さい. 現時点では, ノイズを抑制するために注意を払う必要がある (通常はコモンモード信号). 同相比例増幅回路はコモンモード信号の抑圧能力が低い, 増幅される信号はノイズに埋もれてしまいます。, これは後処理に役立ちません. したがって, 一般的には抑圧能力の良い反比例増幅回路が選択されます。.

15. アンプの重要な機能は何ですか?

(1) オペアンプの両方の入力の電圧が0Vの場合, 出力電圧も0Vに等しくなければなりません. しかし実際には, 出力には常に何らかの電圧がかかっています, これをオフセット電圧Vosといいます。. 出力のオフセット電圧を回路のノイズゲインで割ると、, 結果は入力オフセット電圧または入力基準オフセット電圧と呼ばれます. この機能は通常、データ テーブルの Vos で指定されます。.

Vos は、オペアンプの反転入力と直列に接続された電圧源に相当します。. 0V 出力を生成するには、アンプの両方の入力に差動電圧を印加する必要があります。.

(2) 理想的なオペアンプの入力インピーダンスは無限大です, したがって、入力に電流が流れなくなります。. しかし, バイポーラトランジスタを使った本物のオペアンプ (BJT) 入力段ではある程度の動作電流が必要です, これはバイアス電流と呼ばれます (IB). 通常、バイアス電流は 2 つあります: IBとIB -, それぞれ 2 つの入力に流れ込みます. IB値の範囲が非常に広い, 特殊なタイプのオペアンプです