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title: NO5　メカトロニクス 「オペアンプ（演算増幅器）」
tags:  #メカトロニクス #オペアンプ #演算増幅器 #計装アンプ #ltspice #機械系のためのメカトロニクス  
author: [下条誠](https://convert.docswell.com/user/m_shimojo)
site: [Docswell](https://www.docswell.com/)
thumbnail: https://bcdn.docswell.com/page/547MGYY27W.jpg?width=480
description: 1. オペアンプ（演算増幅器）の基本回路を理解する 2. オペアンプを使い簡単な増幅回路，信号処理回路を作れる  機械系のためのメカトロニクス
published: April 16, 22
canonical: https://convert.docswell.com/s/m_shimojo/ZMYDWZ-2022-04-16-143031
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# Page. 1

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/547MGYY27W.jpg)

UEC
第5回オペアンプ（演算増幅器）
メカトロニクス
「オペアンプ（演算増幅器）」
下条 誠*
*電気通信大学 名誉教授
機械系のためのメカトロニクス
1


# Page. 2

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/ZP7RZ995E9.jpg)

UEC
達成目標
1. オペアンプ（演算増幅器）の基本回路を理解する
2. オペアンプを使い簡単な増幅回路，信号処理回路
を作れる
参考のためのスライドです。とばしても構いません。
LTspiceによる動作シミュレーションを後半の回路について行っている。
2


# Page. 3

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/NPJX9QQX7X.jpg)

UEC
オペアンプとは？その役割
ここに使
われる
ここに使
われる
信号の増幅
電気信号（電圧）の変化を拡大
http://www.linear-news.jp/2006-2010/news/analog/03.html
3


# Page. 4

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/63JKP9997D.jpg)

UEC
オペアンプとは？その役割
ここに使
われる
ここに使
われる
電気信号の増幅，不要な電気信号
の除去（フィルタリング）など
http://www.linear-news.jp/2006-2010/news/analog/03.html
4


# Page. 5

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4LE3XWW975.jpg)

UEC
オペアンプ紹介（ビデオ）
ビデオ
https://www.youtube.com/watch?v=_o4ScgRZtNI
5


# Page. 6

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V8ED2KK8EG.jpg)

UEC
オペアンプ（演算増幅器，OPアンプ)
⚫ オペアンプの原理
✓ 理想オペアンプ特性
オペアンプ：operational amplifier
⚫ オペアンプ回路
V+
①
反転増幅回路
②
非反転増幅回路
③
電圧フォロワ回路
④
差動増幅回路
VIN
⑥
積分回路
⑦
微分回路
⑧
リミッタ回路
⑨
ピーク値検出回路
⑩
サンプルホールド回路
⚫
参考資料
V
0
V
-
加算回路
用途別分類
VIN
-
⑤
⚫
+
+
LTspice simulation
従来表記
+
新記号(JIS C 0617)
6


# Page. 7

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4V7P1KKWE8.jpg)

UEC
オペアンプ(演算増幅器)
+電源
V+
非反転入力端子
入力
8
VIN+
+
V0
出力
-
VIN反転入力端子
4
3
2
1
窪み、切り欠きなどのマーク
のある位置が１番ピン
V-
正電源
-電源
オペアンプ
増幅器の電子回路
モジュール
負電源
Opamp:2set
7


# Page. 8

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/L2JVYVV9JQ.jpg)

UEC
オペアンプのイメージ
切り離されて
いるイメージ
VIN+
VIN-
非反転入力端子
V+
+
-
V0
V-
VIN+
V0
VIN-
𝑽+ +
反転入力端子
𝒓𝒊
等価
回路
https://www.kairo-nyumon.com/opamp1.html
𝑽−
-
+
-
𝒓𝒐
𝑽𝒐
𝐴 𝑽+ − 𝑽−
8


# Page. 9

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/Z5EG9LL47L.jpg)

UEC
理想オペアンプ動作1
VIN+
等価回路
V+
+
V0
𝑉𝐼𝑁+ +
𝒓𝒐
VIN-
𝒓𝒊
V-
𝑉𝐼𝑁−
-
+
-
𝑽𝒐
𝐴 𝑉𝐼𝑁+ − 𝑉𝐼𝑁−
1. 入力抵抗 ri ：∞ [Ω]
理想的
2. 増幅率 A
オペアンプ
重要
：∞
3. 出力抵抗 ro ：0 [Ω]
9


# Page. 10

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V4JQWYYRJP.jpg)

UEC
理想オペアンプ動作2
V+
VIN+
VIN-
+
𝑒
𝑉𝐼𝑁+
+
𝑖
V0
𝑒
𝒓𝒊
V-
𝑒 = 𝑉𝐼𝑁+ − 𝑉𝐼𝑁−
𝑉𝐼𝑁−
-
+
-
𝒓𝒐
𝐴 𝑉𝐼𝑁+ − 𝑉𝐼𝑁−
1. 入力抵抗 ri ：∞ [Ω]
𝑖 = 𝑒Τ𝑟𝑖 = 𝑒Τ∞ = 0
2. 増幅率 A
𝑉𝑜 = 𝐴 𝑉𝐼𝑁+ − 𝑉𝐼𝑁− = 𝐴𝑒
：∞
𝑽𝒐
A=∞ で 𝑽𝒐 が有限の値を持つには
𝑖→0
𝑒→0
𝑖→0
① 理想的オペアンプでは，入力電流はゼロ
𝑒→0
② 理想的オペアンプでは，入力電圧はゼロ(仮想接地）
10


# Page. 11

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/DK74KWWQE1.jpg)

UEC
理想オペアンプ動作のまとめ
+電源
① 入力端子間の
電圧はゼロ
𝑒→0
② 入力端子間に
電流は流れな
い
𝑖→0
VIN+
V+
+
𝑒𝑖×
A=∞
VIN-
V0
V-電源
電源：オペアンプは，+15V,-15Vなど±両極の電源につなぐ。
このほか単電源などもある。資料ページを参照の事。
11


# Page. 12

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/PLJ1XYYLJG.jpg)

UEC
オペアンプを使った回路
⚫ オペアンプの原理
✓ 理想オペアンプ特性
⚫ オペアンプ回路
①
反転増幅回路
②
非反転増幅回路
③
電圧フォロワ回路
④
差動増幅回路
⑤
加算回路
⑥
積分回路
⑦
微分回路
⑧
リミッタ回路
⑨
ピーク値検出回路
⑩
サンプルホールド回路
⚫
用途別分類
⚫
参考資料
LTspice simulation
12


# Page. 13

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/8GJWNGGQJ2.jpg)

UEC
①反転増幅回路1
1. 入力端子間電圧e=0
←理想オペアンプ①
R2
a
R1
-
i2
2. a点の電圧は接地電圧=0V
3. よって，R1を流れる電流は
(1)式
V0
×
Vi
i1
e=0
+
Vo
仮想接地，仮想短絡，イマジナリショート，
バーチャルショートとよばれている。
4. オペアンプの－端子から＋端
子への電流の流入はゼロ
←理想オペアンプ②
5. キルヒホッフの第一法則より，
a点に流れ込む電流の和は,
ゼロとなるから
6.
i1 -i2 =0 → i1 = i2 = i
𝒊𝟏 = 𝑉𝑖 Τ𝑅1 ⋯ ⋯ ⋯ (1)
仮想接地：電圧はグランドレベルと同じ。しかしグランドへ電流は流れない。
13


# Page. 14

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/W4EZ3LL3E3.jpg)

UEC
①反転増幅回路2
a
R1
-
Vi
i
7. よって，R1とR2を流れる電流
は等しい
R2
8. a点の電圧は0Vだから，(2)式
が成り立つ
i
V0
𝑒
+
Vo
9. (1)式,(2)式から(3)式が成り
立つ
𝑉𝑜
𝑅2
10.よって， 𝑉𝑖 = − 𝑅1
0V
𝑖 = 𝑉𝑖 Τ𝑅1 ⋯ ⋯ ⋯ (1)
𝑅2 𝑖 + 𝑉0 = 0 ⋯ ⋯ (2)
𝑅2
𝑉0 = − 𝑉𝑖 ⋯ ⋯ ⋯ (3)
𝑅1
14


# Page. 15

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/KY76XWWZJV.jpg)

UEC
①反転増幅回路3
𝑉𝑜
𝑅2
=−
𝑉𝑖
𝑅1
R2
Vo
Vi
R1
-
Vi
i
i
V0
𝑒
+
Vo
✓ 符号逆転
✓ 倍率R2/R1
出力は，入力と符号が逆で，大きさが(R2/R1 ）になる。
例)
R1=1kW, R2=10kW
→ 増幅 -10倍
注）出力Voは電源電圧を越えない
15


# Page. 16

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/5G75XMM9E4.jpg)

UEC
①反転増幅回路4
R2
a
Vi
Vo
R1
-
Vi
i
V0
𝑒
i
+
Vo
✓ 符号逆転
✓ 倍率R2/R1
𝑉𝑜
𝑅2
=−
𝑉𝑖
𝑅1
a
Vi
×
0V
i
Vo
出力は，入力と符号が逆で，大きさが(R2/R1 ）になる。
16


# Page. 17

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V9J2X9957R.jpg)

UEC
②非反転増幅回路1
+
0V
V0
×
-
Vi
i
R1
2. すると，a点の電圧はVi
i
a
R2
0V
𝑖 = 𝑉𝑖 Τ𝑅1 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯(1)
1. 入力端子間電圧e=0
←理想オペアンプ①
Vo
3. よって，R1を流れる電流は
(1)式
4. オペアンプの入力端子間の
電流の流入はゼロ
←理想オペアンプ②
5. よって，R1とR2を流れる電流
は等しい
6. (2)式が成り立つ
𝑉0 = 𝑅1 + 𝑅2 𝑖 ⋯ ⋯(2)
𝑉0 = 1 +
𝑅2
𝑅1
7. (1)式,(2)式から(3)式が成り
立つ
𝑉𝑖 ⋯ ⋯(3)
17


# Page. 18

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/5DEY8446EM.jpg)

UEC
②非反転増幅回路2
𝑉𝑜
𝑅2
= 1+
𝑉𝑖
𝑅1
+
0V
Vi
𝑒
V0
-
i
a
Vi
i
R1
Vo
R2
Vo
0V
出力は，入力と符号が同じ，大きさが(1+R2/R1 ）になる。
例)
R1=1kW, R2=10kW
→ 増幅 +11倍
18


# Page. 19

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/2VJNQY61J8.jpg)

UEC
③電圧フォロワ回路（Voltage Follower）1
非反転増幅器の変形
（R1= ∞, R2= 0 ）
入力電圧
と
出力電圧
V0
Vi
等しい？
V0=Vi
V0=Vi
この回路は何の役に立つのか？
19


# Page. 20

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/GYE9DPLYJ3.jpg)

UEC
③電圧フォロワ回路（Voltage Follower）2
i1
i2
X
センサ
RL
例
インピーダンス変換
入力抵抗が大きい
入力側に影響しない。
出力抵抗が小さい
出力側に影響されない。
1.
入力抵抗 ri =∞
1. 負荷抵抗RLの影響を受けない(ro =0)
2.
電流 i1=0
2. 出力電流 i2を多くとれる
センサ素子から電流i1を流すと，セン
サ出力が変化するため，電流i1を極力
小さな値とすることが望ましい。
信号源の出力抵抗 &lt;&lt; 測定器の入力抵抗
次段回路の負荷RLが小さくても，出力電圧
が変わらないことが望ましい
前段回路の出力抵抗 &lt;&lt; 次段回路の入力抵抗
20


# Page. 21

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/5GE83DXK7D.jpg)

UEC
オペアンプ出力抵抗(ro)の影響
δV
電圧降下
電流
iout
V0
𝑖𝑜𝑢𝑡
𝐴(𝑉𝑝 − 𝑉𝑛 )
=
⋯ ⋯ (1)
𝑟0 + 𝑅𝐿
𝛿𝑉 = 𝑟0 𝑖𝑜𝑢𝑡 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ (2)
𝛿𝑉
𝑟0
=
⋯ ⋯ ⋯ (3)
𝑉
𝑟0 + 𝑅𝐿
もし，
出力抵抗 ro=0 [Ω] → δV=0
出力抵抗r0が高いと，後段の回路へ信
号を送るとき，電圧降下のため正確な
電圧として信号が伝わらない
21


# Page. 22

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/MLELVM8P7R.jpg)

UEC
④差動増幅回路
R2
i1
Vi-
R1
R1
Vi+
i2
1. R1,R2を通る電流i1から(1)式
i1
2. R1,R2を通る電流i2から(2)式
V0
𝑒
3. e=0Vから(3)式
+
Vo
i2
R2
4.
(1),(2), (3)式から(4)式が
成り立つ
GND
𝑉𝒊− = 𝑅1 + 𝑅2 𝑖1 + 𝑉0 ⋯ 1
𝑉𝑖+ = 𝑅1 + 𝑅2 𝑖2
⋯ 2
𝑉𝑖+ − 𝑅1 𝑖2 = 𝑉𝑖− − 𝑅1 𝑖1 ⋯ 3
𝑅1
𝑉0 =
𝑉 − 𝑉𝑖−
𝑅2 𝑖+
差動増幅器は、交流誘導雑音のよう
に，プラス入力，マイナス入力端子
に同時に作用する同相雑音を除去す
るのに有効である
⋯ 4
22


# Page. 23

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/54JMGY62JW.jpg)

UEC
④同相信号除去比 CMRR(Common-Mode Rejection Ratio)
電気ノイズ
-
signal
noise
① 配線やケーブルなどに電磁誘
導などで発生するノイズ
+
② 回路のグランドに電流が流れ
ることにより発生するノイズ
GND
GND noise
signal
-
通常のフィルターでは除去が困難
+
noise
GND
同相の電気ノイズの除去に，差動
増幅器が使用される
GND noise
𝑅1
𝑉0 =
𝑉 − 𝑉𝑖−
𝑅2 𝑖+
⋯ 4
(4)式のように，同相成分は相殺
される
23


# Page. 24

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/ZPJRZ9P579.jpg)

UEC
計装アンプ(Instrumentation amplifier)
One chip
+
Inm
-
ツイストペアケーブル
Twisted pair cable
RGain
撚り対線，単なる平行
線よりノイズの影響を
受けにくい
R3
R1
-
R1
Inp
R2
+
R2
R3
ノイズの多い環境
でも直流精度・ゲ
インの正確さを必
要とされる産業用
計測アプリケーシ
ョンの多くで広範
囲に使用される。
+
✓ ストレイン・ゲージ、圧力トランデューサ等の信号源からの微小な
差動またはフローティング信号を計測したり増幅したりする為に設
計された
✓ 増幅度の設定を一本の抵抗で行うことができ、入力インピーダンス
も高い
✓ この回路をワンチップ化した製品もある(ex.AD8553)
https://www.analog.com/jp/education/landing-pages/003/inamp-effective-way.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Instrumentation_amplifier
24


# Page. 25

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/NPEX9Q3XJX.jpg)

UEC
⑤加算回路
R1
i1
R2
i2
Ri
ii
1. a点は0Vであり，Riを通
る電流iiは(1)式
a
2. a点に流れ込む電流の総
和は (2)式
Rf
V1
3. よって，出力は(3)式で
表せる
V2
-
Vi
Rn
in
Vn
if
4. (1)(3)式から(4)式が成
り立つ
V0
0𝑉
+
Vo
倍率
ex. Rf=10kW, R1=2kW
𝑖𝑓 = 𝑖1 + 𝑖2 + ⋯ 𝑖𝑛 ⋯ 2
Rf / R1=5
𝑅𝑓
𝑅𝑓
𝑅𝑓
𝑉0 = −
𝑉 + 𝑉 + ⋯+
𝑉
𝑅1 1 𝑅2 2
𝑅𝑛 𝑛
𝑖1 = 𝑉1 Τ𝑅1
𝑖2 = 𝑉2 Τ𝑅2
ൢ⋯ 1
⋯
𝑖𝑛 = 𝑉𝑛 Τ𝑅𝑛
⋯ 4
𝑉0 = −𝑅𝑓 𝑖𝑓
⋯ 3
= −𝑅𝑓 (𝑖1 + 𝑖2 + ⋯ + 𝑖𝑛 )
25


# Page. 26

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/63EKP9Y9JD.jpg)

UEC
⑥積分回路1
a
R
-
Vi
i
1. a点は0Vである
Vc
0𝑉
C
i
𝑉0 + 𝑉𝐶 = 0
⋯ 1
𝑉𝑖
𝑅
⋯ 2
𝑖=
2. コンデンサCに発生する電圧
+
Vo
𝑞 1 𝑡
𝑉𝐶 = = න 𝑖𝑑𝑡 ⋯ 3
𝐶 𝐶 0
q:電荷
3. (1)(2)(3)式から(4)式が求まる
Vi
t
Vo
1 𝑡
𝑉0 = −
න 𝑉 𝑑𝑡
𝑅𝐶 0 𝑖
⋯ 4
t
26


# Page. 27

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4L73XW99J5.jpg)

UEC
⑥積分回路2 simulation
UniversalOpamp2
R=10kW, C=0.1mF, τ=1ms
10ms
UniversalOpamp2
50ms
LTspiceによるsimulation
27


# Page. 28

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V87D2KG87G.jpg)

UEC
UniversalOpamp2
⑥積分回路3 simulation
正弦波入力に対する出力電圧とコンデンサに流れる電流i
R=10kW, C=0.1mF,
τ=1ms
入力 Vi
電
圧
ｖ
出力 Vo
電
流
i
電流 i
sin→-cos
LTspiceによるsimulation
28


# Page. 29

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/4VJP1K3W78.jpg)

UEC
➆微分回路1
1. a点は0Vである
a
R
Vc
C
i
Vi
0𝑉
-
𝑉0 + 𝑅 𝑖 = 0
i
⋯ 1
𝑞 1 𝑡
𝑉𝑖 = 𝑉𝐶 = = න 𝑖𝑑𝑡 ⋯ 2
𝐶 𝐶 0
+
Vo
2. 電流は(3)式となる
𝑖=𝐶
𝑑𝑉𝑪
𝑑𝑉𝑖
=𝐶
𝑑𝑡
𝑑𝑡
⋯ 3
3. (1)(2)(3)式から(4)式が求まる
Vi
t
Vo
t
𝑑𝑉𝑖
𝑉0 = −𝑅𝐶
𝑑𝑡
⋯ 4
29


# Page. 30

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/L2EVYV49EQ.jpg)

UEC
➆微分回路2(simulation)
R2=1kW
50ms
UniversalOpamp2利用
実際の回路では上図のよ
うにコンデンサと直列に
抵抗を入れる。さもない
と発振することがある。
発振が発生
R2=1W
50ms
LTspiceによるsimulation
UniversalOpamp2 (Level=2) GBW=10Mhz
30


# Page. 31

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/Z57G9L14JL.jpg)

UEC
オペアンプによる応答結果の相違
op07
op07
op37
±0.2V 方形波入力
10ms
op37
発振するか否か？オペアンプの
応答性の違いによっても変わる
OP07:
Slew rate 0.3(V/us)
Closed-Loop Bandwidth 0.6MHz
OP37：High Speed type
±0.2V 方形波入力
Slew rate 17V/µs
10ms
LTspiceによるsimulation
Gain Bandwidth：63MHz
31


# Page. 32

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/V4EQWYDREP.jpg)

UEC
⑧リミッタ回路1
Zener diode
Vz
R2
R1
-
Vi
i1
順
方
向
電
流
i2
順方向電圧
-VF
ツェナ-電圧
VF
VZ
V0
𝑒
Zener diode 特性
+
Vo
Vo
Vz
−
リミッタ回路:出力が設定値以上にならな
いように制限する
𝑅2
𝑅1
Vi
-VF
リミッタ回路入出力特性
32


# Page. 33

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/DKJ4KWZQ71.jpg)

UEC
⑧リミッタ回路2 simulation
UniversalOpamp2
出力
入力
Vi
Zener diopde
BZX84C6V2LT1/T3G
Vo
• Vz: 6.2V @5mA
• VF: 0.9V @IF=10mA
LTspiceによるsimulation
33


# Page. 34

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/PLE1XYRLEG.jpg)

UEC
⑨ピーク値検出回路1
Vo
電
圧
×
-
a
+
b
Voltage Follower
a
-
Vi
+
C
Vi
b
Vo
Voltage Follower
t
1. a点→b点には電流は流れる
2. Daiodeにより逆方向には電流は流れない
3. 電圧a&gt;電圧bでは，電圧aになるまでコンデンサに充電
4. 電圧a&lt;電圧bでは，コンデンサへの電流の出入りがなく，
コンデンサ電圧は変化なし
5. よって，電圧bは電圧ピーク値を保つ
34


# Page. 35

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/8GEWNG1QE2.jpg)

UEC
⑨ピーク値検出回路2 simulation
実際の回路では，ダイオードの順方向降下電圧VFの電圧分相違が生じる
Vo
Vo
DiodeのVF
Vi
理想ダイオードの場合
LTspiceによるsimulation
Vi
実際のダイオードの場合
35


# Page. 36

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/W47Z3LP373.jpg)

UEC
⑩サンプルホールド回路1
+
Vi
Voltage Follower
SW
a
b
a
-
b
+
C
Vo
Voltage Follower
1. SW=ONでは，電圧aになるまでコ
ンデンサに充電(SAMPLE)
ON
OFF
2. SW=OFFでは，電流が流れずコン
デンサ電圧は変化なし(HOLD)
3. よって，SWのON_OFFを行うこ
とでSampleHold出来る
SwitchのON_OFF制御入力
ピーク値検出回路のダイオードをスイッチに変えた
36


# Page. 37

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/KYJ6XWMZEV.jpg)

UEC
⑩サンプルホールド回路2
simulation
Switch素子(設定した値例）
• ON抵抗：100Ω
• OFF抵抗：100MΩ
• SW_ONのパルス幅：0.1ms
サンプルホールド回路出力
入力波形(赤線）
• 回路図 信号源（V3+V4）
Vi
出力波形(青線）
Vo
ON
SW_Vの制御入力
✓ OPアンプUniversalOpamp2を用いた
✓ 利用素子，回路定数などは適当に選んだ。
✓ Switch素子のON抵抗は低すぎると発振
する可能性がある
OFF
LTspiceによるsimulation
37


# Page. 38

![Page Image](https://bcdn.docswell.com/page/5GJ5XMZ974.jpg)

UEC
⑩サンプルホールド回路3 (MOSFETの利用）
SW
-
b
+
a
+
SWにMOSを利用して高速な
サンプルホールドを行う
C
Vi
Voltage Follower
次のページにsimulation
結果を示す
Vo
Voltage Follower
・Ｎチャンネル ミドルパワーMOSFET
・高速スイッチング
D
example
ON
S
OFF
Swiching制御電圧
G
Ｎチャンネル
MOSFET
Nch 60V 1.5A Small Signal MOSFET RSQ015N06
•
ドレインソース間電圧 VDSS [V]
60
•
ドレイン電流 (直流) ID [A] 1.5
•
RDS(on)[Ω] VGS=4V(Typ.)
•
RDS(on)[Ω] VGS=4.5V(Typ.)
•
RDS(on)[Ω] VGS=10V(Typ.)
•
RDS(on)[Ω] VGS=Drive (Typ.)
•
ゲート総電荷量 Qg [nC] 2.0
•
許容損失 PD [W]
•
駆動電圧 [V] 4.0
0.225
0.24
0.21
0.225
1.25
38


# Page. 39

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UEC
⑩サンプルホールド回路4
using NmosFET switch
simulation
Nch 60V 1.5A Small Signal
MOSFET - RSQ015N06
Ｎチャンネル
MOSFET
✓ OPアンプUniversalOpamp2
を用いた
Vi
✓ 利用素子，回路定数などは適
当に選んだ
Vo
✓ サンプリング周波数などによ
り回路定数は大きく変わる
✓ MOSFETによって応答性はか
なり違う
SW_Con
✓ Simulationでは一部出力波形
が乱れる？
✓ R3は発振防止のため入れて
いるが回路によっては不要か
もしれない。
LTspiceによるsimulation
39


# Page. 40

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UEC
⑩サンプルホールド回路5
多
数
の
電
圧
入
力
S/H
S/H
S/H
S/H
S/H
アナログ世界
チ
ャ
ネ
ル
選
択
回
路
データバス
A/D
変換機
S/H回路は多数の
電圧入力の同時性
を保つ
同時刻での物理量に基づく
計測制御
デジタル世界
40


# Page. 41

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UEC
用途別分類
① 汎用オペアンプ：価格と使いやすさを優先した仕様。正負二電源を使うタイプ，
単電源タイプがある
② 高精度オペアンプ：微小電圧（熱電対など）を増幅する。オフセット電圧やドリ
フト特性に優れるもの、オフセット電圧の発生に強いFET入力のものがある。
③ ローノイズオペアンプ：ノイズを嫌う用途向けの特性を持つオペアンプ
④ オーディオオペアンプ：オーディオ用に広帯域・低歪率を実現した品種
⑤ 微小電流オペアンプ：微小電流を扱う用途に用いる品種。入力電流がfA（フェム
トアンペア）オーダーの製品もある
⑥ 高速オペアンプ：ビデオ信号の増幅など高周波（VHF）まで使用できる品種。
⑦ パワーオペアンプ：大電力が扱えるオペアンプ。放熱処理が必要
⑧ ローパワーオペアンプ：消費電流を非常に小さくした品種。
⑨ レール・ツー・レール 動作オペアンプ：入力電圧と出力電圧の両方、あるいはど
ちらか片方の範囲が電源電圧まで動作可能な品種。
⑩ 完全差動オペアンプ：入力、出力ともに差動のオペアンプで、入力、出力ともに
正負の端子がある。
http://ja.wikipedia.org/wiki/オペアンプ
41


# Page. 42

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UEC
両電源 / 単電源 / Rail-to-Rail オペアンプ
+
単電源オペアンプ
両電源オペアンプ
両電源オペアンプ
単電源オペアンプ
Rail-to-Railオペアンプ
V-
Vcc-Vb
Vee+Vb
入力
Vee
Rail-to-Railオペアンプ
Vcc
V+
オペアンプの種類は、入出力電圧範囲の違
いから次の3つに分けられる。各オペアン
プの入出力電圧範囲は図のようになる。
✓ 両電源オペアンプ
✓ 単電源オペアンプ
✓ Rail-to-Railオペアンプ
（Rail-to-Railオペアンプは，両電源，単電源
それぞれにある。）
出力
Examples
+
GND
+V
-
動作範囲外
V+
動作範囲外
V+
+
+
V+
GND
GND
-V
V-
動作範囲外
両電源オペアンプ
https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/opamps/op_what12
GND
単電源オペアンプ
VRail-to-Railオペアンプ
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# Page. 43

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UEC
入力オフセット電圧
直流増幅回路で重要なのがオフセット電圧である。センサ信号を増
幅する場合の誤差となる。また，入力バイアス電流もオフセット電
圧として出力に現れる。直流電圧を高精度に取り扱うことが目的の
オペアンプの場合，これらの特性が良い高精度オペアンプを用いる
のが賢明である。
✓ 入力オフセット電圧:差動入力で
の誤差電圧のこと
入力オフセット電圧
±Vos
+
Ib+
入力バイアス電流
✓ 入力バイアス電流：入力端子から
流れ出る、もしくは流れ込む電流
のこと
Ib-
http://rohmfs.rohm.com/jp/products/databook/applinote/ic/amp_linear/common/opamp_comparator_tutorial_appli-j.pdf
https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/opamps
https://www.marutsu.co.jp/pc/static/large_order/1104opamp
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# Page. 44

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UEC
GBW(Gain-Bandwidth Product
利得帯域幅積)1
使用したい（閉ループ）ゲインにおいて、帯域がど
こまで取れるか計算する際に使用する。
例えが、GBW=10MHzのアンプをゲイン100倍で使
用する時、帯域幅=10MHz/100=100kHzとなる。
上図OPアンプは，Ltspiceの
opampを使い，Aol,GBWを
一般のものに近く，分かり易
い値として設定した。
• Aol＝100ｋ=105=100dB
オープンループゲイン。負
帰還をかけない状態でのオ
ペアンプ自体のゲイン
60dB→1000
• GBW=10Meg=107
20dB→10
1K×10000=10Meg
10K×1000=10Meg
100K×100=10Meg
1M×10=10Meg
10M×1=10Meg
1kHz
10kHz
100kHz
1MHz
10MHz
44


# Page. 45

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UEC
GBW(Gain-Bandwidth Product
利得帯域幅積)2
試しに，feed back loopとして，Gain=100としてシミュ
レーションした結果を示す。試すまでもないが，ほぼ
10MHz/100=100kHzとなる。
•
•
オープンループゲイン
Aol＝100ｋ=105=100dB
GBW=10Meg=107
FeedBack Loop
Gain=100
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# Page. 46

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UEC
オペアンプの内部構造例
741
初期のIC
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UEC
オペアンプ参考資料
⚫ オペアンプ、コンパレータの基礎(Tutorial)
http://rohmfs.rohm.com/jp/products/databook/applinote/ic/amp_linear/common/opamp_
comparator_tutorial_appli-j.pdf
⚫ エレクトロニクス豆知識オペアンプとは？
https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/opamps
⚫ オペアンプ(OPアンプ）の種類と使い分け＆選び
方
https://www.marutsu.co.jp/pc /static /large_order/1104opamp
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# Page. 48

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UEC
おわり
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