はじめてのオペアンプ

今回の記事はTexas Instruments(以下、TI社と表記)のオペアンプ製品をはじめて使う、ご検討いただくお客様を対象として、オペアンプを使用する場所、役割について説明しております。

オペアンプってどんなもの?

まずはじめに、オペアンプとは一体どんなものなのでしょうか?

オペアンプ ってどういう意味?

  • Operational Amplifier」 を略した呼称です。日本語では 「演算増幅器」 と呼んでいます。

オペアンプ でなにができるの?

  • オペアンプは下図のように5つの端子から構成されています。

    基本的な動作は「2つの入力端子に入力された信号の電圧差を増幅して出力する」ことです。

    オープンループゲインAが非常に大きいと、出力は常に最大 or 最小となってしまうので、「演算増幅器」というよりはまるでコンパレータのような動作になります。
    そこで使用されるのが「負帰還」という考え方です。
    負帰還は、オペアンプを使用するうえで避けて通ることはできない大切な概念です。

負帰還を使うとなにができるのでしょうか?

負帰還とは「フィードバック素子」を介して、出力を反転入力端子に戻してあげることです。

フィードバック素子に特性を持たせることによって、オペアンプは入力の差を∞に増幅するという基本的な働きから、∞の増幅率をある一定の値に制御したり、微分積分といった演算機能を持つことができるようになるのです。
これがオペアンプが 演算増幅器 と呼ばれる理由です。

つまり、オペアンプは 単体で使用するものではなく、フィードバック素子(回路)と組み合わせることで様々な機能・性能を実現することができる「回路ありき」のデバイスです。

オペアンプってどんなところで使うの?

続いて、皆さんがイメージするオペアンプの代表的な使用方法について説明します。
私たちの身の回りでは様々な物理現象が発生します。

センシング・デバイスは、これらの物理現象を電気信号に変換します。
しかし、その電気信号は微小な電気変化ですので、マイコンやプロセッサが信号を処理できません。

オペアンプはセンシング・デバイスが出力する微小な信号(電気変化)をマイコンやプロセッサが情報処理できるように拡大(増幅)して出力します。

これがオペアンプの代表的な仕事であり、必要とされる理由です。

オペアンプってどんなふうに使うの?

さて、代表的な仕事として「増幅」について紹介しましたが、オペアンプはもともと四則演算を実現するために開発されました。
現在では四則演算のみならず、負帰還の構成によって様々な機能ユニットが提案されています。
ここではその一例を紹介いたします。

増幅回路の一例
四則演算の一例

TI社にはどのようなオペアンプがあるの?

このようにオペアンプは負帰還の構成によって様々な機能ユニットを実現することができます。
TI社ではお客様のアイデアやニーズに対応するため、様々な特長を持ったオペアンプをご用意しております。

以下は5[V]電源のオペアンプを特長ごとに分けたラインアップです。

  • 上記のラインアップは、Low Noise, Low Offset, Low Input Bias, Low Power, High Bandwidthの5つの代表的な特長を放射線状に配置しています。
    内側に行くほど安価なデバイスで、外側に行くほど該当の特長に特化した製品になります。
  • 例えば「OPA388」は、5[V]電源のオペアンプの中でも非常にオフセット電圧の低いオペアンプです。
    また、低ノイズのオペアンプでもあります。
    そのため、上記のラインアップでは、Low OffsetとLow Noiseの2つのカテゴリにかかるように配置されています。

セミナプログラムのご紹介

今回はTI社オペアンプ製品セミナの導入部分をご紹介いたしました。実際のセミナでは、今回紹介したオペアンプの使用方法をより詳しく説明しており、負帰還の構成、デバイスの選定方法についてもご紹介しております。

Agenda

  • オペアンプってどんなもの?(8頁)
  • オペアンプってどんなところに使うの?(5頁)
  • オペアンプってどんなふうに使うの?(6頁)
  • TI社のオペアンプはどんな特徴があるの?(11頁)
  • TI社のオペアンプはどうやって選べばいいの?(10頁)
  • 最後に…(2頁)
  • 参考情報(2頁)

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