第6回: オペアンプ(その3)の演習

スルーレート

たとえば正弦波の入力 V_i = V₀ sinωt を反転増幅回路などで増幅する場合、 V_i' = ωV₀ sinωt ですから、最も急な入力の変化はωV₀となります。したがって出力もこれにあわせて変化するはずなので、増幅率R₁/R₂の反転増幅器では、最も急な出力の変化は(R₂/R₁)ωV₀となります。これが、スルーレートよりも大きくなってしまうと、出力はその変化に追いつかず、傾きがこのスルーレートの三角波になってしまうわけです。

[演習] NJM741のスルーレートSRは、データシートから0.5V/μsですが、このNJM741を使った増幅率10倍の反転増幅器に、 ω=10kHzの正弦波を加えるとき、出力が正しい波形となる振幅の最大値V0はいくらでしょうか。
(解: 出力電圧の変化の最大値は 10×10⁴V₀ = 10⁵V₀で、これがスルーレート0.5V/μs = 0.5×10⁶V/s以下であればよいので、V₀ = 5V)

増幅率の影響

反転増幅回路を例に、増幅率が無限でないと、どれぐらいの影響があるのか、を考えてみましょう。

[演習]
反転増幅回路で、オペアンプの増幅率が有限(A)の場合、出力と入力の関係式を導いてみてください。
解(※訂正: この式の全体に-(マイナス)がつきます)

非反転増幅回路のオフセットの影響

[演習]
非反転増幅回路で、オペアンプに入力オフセット電圧V_offがある場合に、 V_i=0としたときの出力V_oを求めてみてください。
(※訂正: 回路図のオペアンプの入力+と-が逆です)
解

入力バイアス電流・入力オフセット電流

[演習]
入力バイアス電流Ib (I_b1, I_b2)があるような現実のオペアンプを使った反転増幅回路(図のR_b=0としたもの)に対して、 V_i=0のときの出力V_oを求めてみましょう。また、R_bを含めたV_oの式を求め、これからこのV_oの誤差が最小となる R_bの値を求めてみてください。
ヒント

　，　，

解

とすると

となるが、一般に入力オフセット電流は入力バイアス電流よりも非常に小さいので、V_oが小さくなる)

課題1

現実のオペアンプのうち、特徴のあるオペアンプをいくつか選び、その特性をまとめてみてください。また講義で紹介した汎用オペアンプのNJM741と比べて、それ以外の項目がどのようになっているか、比較してみてください。なお対象となるオペアンプとしては、例えば以下のようなものが参考になるでしょう。

高精度オペアンプ NJMOP-07
JFET入力オペアンプ NJM062
低消費電力オペアンプ NJM2130
低雑音オペアンプ NJM2068
そのほか、新日本無線(株)、 National Semiconductor社など

提出方法や期限などは以下のとおりとします。

提出方法: レポート用紙(できればA4版)にまとめ、2B714のレポート提出BOXへ
期限: 11/30(水)18:00
注意: 誰かと相談した場合や、書籍やWebページなどを参考にした場合は、その旨(出典)を明記すること

この回のソボクな疑問集

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