電子設計 - オペアンプの基本的な理解

オペアンプをよりよく理解するために、以下の16個のクイズはオペアンプの基礎知識を迅速に熟知することができる。

1.通常、反転／同相増幅器回路には平衡抵抗が存在する。この平衡抵抗の作用は何ですか。

（1）チップ内部のトランジスタに適切な静的バイアスを提供する。

チップ内部の回路は通常直接結合されており、静的動作点を自動的に調整することができます。しかし、入力ピンが電源または接地に直接接続されている場合、その自動調整機能は異常である。なぜなら、チップ内部のトランジスタは接地線の電圧を高めたり、電源の電圧を下げたりすることができず、チップが仮想短絡と仮想切断の条件を満たすことができないため、回路を個別に分析する必要があるからである。

（2）静的ベース電流が出力電圧に与える影響を除去するために、その大きさは2つの入力端子における外部直流経路の等価抵抗と釣り合うべきであり、これもその名称の原因である。

2.帰還抵抗[/H 1]にキャパシタを備えた同相比例演算増幅器の機能は、（1）帰還抵抗とキャパシタがハイパスフィルタを形成することであり、局所的な高周波増幅に特に強い。

（2）自励防止。

オペアンプの基本的な理解

3.オペアンプの同相増幅器回路が平衡抵抗に接続されていない場合、どのような結果になりますか。

焼損オペアンプはオペアンプを損傷する可能性があり、抵抗は分圧の役割を果たすことができる。

4.アンプ入力端子のキャパシタをプルアップするときにプルダウン抵抗はどのような役割を果たすことができますか。

これは、特定のつながりに応じて、正のフィードバックと負のフィードバックを得るための問題です。例えば、現在の入力電圧信号と出力電圧信号を取り、出力端で1本の電線を取り出して入力部に接続すると、上の抵抗のため、一部の出力信号は抵抗を経て電圧値を得て、入力電圧を分流して入力電圧を下げることができます。これは負のフィードバックです。信号源から出力される信号は常に一定であるため、負のフィードバックにより出力信号を補正することができる。

5.演算増幅器が積分器に接続される。積分コンデンサの両端における並列抵抗RFの役割は何ですか。

放電抵抗器は出力電圧の暴走を防止するために用いられる。

6.抵抗器とコンデンサが通常オペアンプの入力端に直列に接続されているのはなぜですか。

オペアンプの内部回路に精通していれば、どのオペアンプもいくつかのトランジスタやMOS管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。同相端の電圧が高い場合は、正の電圧に似たレベルが出力され、逆もまた。。しかし、このオペアンプはあまり役に立たないようだ。外部回路がフィードバック形式で形成されている場合にのみ、オペアンプは増幅、逆等価機能を持つことができる

7.オペアンプの同相増幅回路の平衡抵抗が間違っている場合、どのような結果が発生しますか。

（1）同相反転端はアンバランスであり、入力が0の場合も出力がある。信号が入力されると、出力値は常に理論出力値よりも大きい（または小さい）固定数字になります。

（2）入力バイアス電流による誤差をなくすことはできない。

8.理想的な集積演算増幅器の増幅係数はいくらで、入力インピーダンスはいくらで、同相入力と反転入力の間の電圧はいくらですか？

増幅倍数は無限大、入力インピーダンスは無限小、同方向入力と逆方向入力の間の電圧はほぼ同じ（0ではない！！！（対端は10 V、対端は9.9999 v）

9.すみません、なぜ理想演算増幅器の開ループ利得は無限大なのですか？

（1）オペアンプの実際の開ループ利得が100000を超えており、これは非常に大きい。そのため、実際のオペアンプの開ループ利得を無限大と想像し、仮想地を導出する。

（2）導出された仮想接地は反転増幅器にのみ使用される。

本書では、オペアンプの開ループ利得は無限大であることがわかるので、回路を設計する際に、閉ループ利得は開ループ利得に制限されることはできず、外部コンポーネントに依存するしかない。これは、閉ループ利得の安定性を保証するために大きな開ループ利得を犠牲にするものである。

（3）演算増幅器接続の負帰還を導出する場合、虚数は反転増幅器だけではない、正のフィードバックには仮想的な基礎はありません。

（4）利得が小さい場合、出力電圧に対してオペアンプ両端に印加される電圧の差が相対的に大きいことはよく知られている。負帰還状態に接続すると、オペアンプ両端の電圧が一致せず、増幅誤差を招く。

（5）オペアンプが「虚短」を実現するには2つの条件がある：

1）オペアンプの開ループ利得aは十分に大きいべきである、

2）負のフィードバック回路を持つべきである。

まず、演算増幅器の出力電圧Voが正相入力電圧と逆相入力電圧との差vidに演算増幅器の開ループ利得aを乗算することを知っている。つまり、VO=vid*a=（VI-VI-）*a（1）オペアンプの出力電圧は実際には電源電圧を超えないので、これは限られた値です。

この場合、aが大きい場合、（VI-VI-)は小さくなければなりません。(VI-VI-)がある程度小さければ、実際には0と見ることができます。このとき、演算増幅器の同相入力端の電圧が逆相入力端の圧力に等しいというVI=VI−が存在し、これが接続されているように見える。これは「仮想短絡」と呼ばれています。実際につながっているわけではなく、抵抗があることを覚えておく必要があります。

上記の議論では、どのようにして「仮想的に空にする」という結果を得ることができますか。

我々の出発点は式（1）であり、これはオペアンプの特性である。問題ありません。私たちは安心できます。そして、私たちは2つの重要な仮説を立てました。1つはオペアンプの出力電圧に制限があることで問題はありません。もちろん、オペアンプの出力が電源を超えることはないので、この仮定は正しいので、私たちはこれからは言及しません。2つ目の理由は、オペアンプの開ループ利得aが大きいことである。

通常のオペアンプのaは、通常10の6乗、7乗、さらにはそれ以上である。この仮定は通常問題ありませんが、オペアンプの実際の開ループゲインも動作状態に関係していることを忘れないでください。線形領域から離れると、aは必ずしも大きくはありません。したがって、2つ目の仮定は条件付きです。まずこれを覚えておきましょう。

そのため、オペアンプの開ループ利得aが大きいと、オペアンプに「仮想短絡」が発生する可能性があることが分かった。しかし、これは可能性であり、自動ではありません。オペアンプの2つの入力が「仮想短絡」であることを信じている人はいません。「仮想短絡」は特定の回路でしか実現できません。

仮想ヘッダが存在する条件は、次のとおりです。

1）オペアンプの開ループ利得aは十分に大きいべきである、

2）負のフィードバック回路を持つべきである。

「仮想短絡」の条件を知ることで、いつ「仮想短絡」を使って回路解析ができるかを容易に判断することができます。実際、条件（1）はほとんどのオペアンプに適用され、作業領域に依存します。

本の中の回路であれば、計算によって判断する。実際の回路であれば、オペアンプの出力電圧が適切であるかどうかを計測器で知ることができる。「仮想短絡」に関連するもう1つのケースは、入力端子が接地されたときの「仮想短絡」と呼ばれ、これは新しいケースではありません。

「虚短」は深さが負のフィードバックの場合にしか使用できないという本がある。これは正確ではないと思います。潜在的な考えは、深さ負フィードバックの場合、オペアンプが線形領域で動作する可能性が高いということだと思います。しかし、事実はそうではない。入力信号が大きすぎると、深さ負のフィードバックを持つオペアンプは飽和状態になります。

したがって、出力電圧値により確実に判断すべきである。

10.入力信号は同相入力端子に直接印加され、逆相入力端子は抵抗によって接地される。なぜu _=u=Ui墊0なのか？ここは空いている場所ではありませんか。

問題補足：不足を形成するには、一定の条件を満たさなければならない。仮想土地を形成するには、いくつかの条件を満たす必要がありますか。これはどういうことですか。どうして？

（1）同相増幅回路において、出力はフィードバックによりu（－）を自動追尾し、u（－）－u（－）を0に近づける。両端が短絡しているように見えることから「仮想短絡」と呼ばれています。

（2）仮想短絡現象とオペアンプの高入力抵抗のため、オペアンプの2つの入力端子に流れる電流は非常に小さく、0に近い。この現象を「虚断」と呼ぶ（虚断は虚短に由来し、両者が矛盾しているとは思わない）

（3）仮想接地反転演算増幅器回路において、（）端は接地され、（−）入力とフィードバックネットワーク。仮想短絡の存在により、u（−）とu（）［電位が0に等しい］が非常に近いため、（−）端の仮想接地−“仮想接地”と呼ばれる

（4）条件について：虚短絡は同相増幅回路の閉ループ（簡単に言えば、フィードバック付き）動作状態の重要な特徴であり、虚接地は閉ループ動作状態における逆増幅回路の主要な特徴である。注意虚短の条件（「ほぼ等しい」など）を理解すれば、できるはずです。

11.オペアンプのモデルがなんだか変だと思います。1つ目は「虚短」です。「虚短」だからです。演算増幅器が同相増幅器に接続されると、2つの入力の電位は同じになります。このとき、測定入力の波形が同じであれば、コモンモード信号のようになります。実際には、2つの入力端子にはまだ小さな差動モード信号が存在している。しかし、このようにすることで、人工的に「仮想短絡」（仮想短絡は深さ負フィードバックの結果であり、これは人為的であるため）2つの入力のコモンモード信号が増加し、オペアンプの性能に挑戦している。なぜオペアンプはこのように使うべきですか。

（1）同相増幅器のコモンモード信号は反転増幅器よりずっと大きく、コモンモード抑圧比に対する要求が高い。

（2）「同増幅器と逆増幅器のコモンモード信号抑制能力」に対する私の見解オペアンプのコモンモード信号抑制比の長所と短所（DB値）は主にオペアンプ内部（内部のみ）の差動増幅器の対称性と利得に依存する。オペアンプがコモンモード抑圧比を提供し、外部回路の構造条件を付加することは明らかではない。

シングルエンド入力では、等価コモンモード値は、同相でも反転でも入力値の半分です。しかし、同相増幅された入力インピーダンスは通常、逆増幅された入力抵抗よりも大きいため、その耐干渉性は劣るに違いない。

上述したように、反転入力時には、反転端電圧はほぼゼロであるため、差動管のコレクタ電圧は1管のみ変化する。同相入力時、反転端の電圧は同相端の電圧に等しいので、コモンモード電圧は入力電圧に等しい！つまり、差動対トランジスタのコレクタ電圧は、2つのトランジスタの同時に異なる方向に変化する部分を除いて同じ方向に変化し、これはコモンモード出力電圧である。

チューブの1つの電圧と同相に加算されます。そのため、配管が飽和（または切断）しやすい。幸いなことに、コモンモード電圧の増幅倍数は差モード増幅倍数の数万倍しかない。

以上はアンプの差動モード入力とコモンモード入力のコモンモード抑制比が異なることを意味しない！同相入力であり、入力と同等のコモンモード信号が追加されます！したがって、入力信号が大きい場合は、同相増幅モードを慎重に使用する必要があります。

12.オペアンプは通常逆方向にスケールしなければならないのはなぜですか。

逆入力方式と同相入力方式の主な違いは、

反転入力方式では、1つの平衡抵抗器が同相端で接地され、この抵抗器には電流がない（オペアンプの入力抵抗が大きいため）ため、この同相端はほぼ接地電位に等しく、これは「仮想地」と呼ばれ、反転端と同相端の電位は非常に近いため、反転端にも「仮想接地」がある。

仮想接地の利点は、コモンモード入力信号がないことである。このオペアンプのコモンモード抑圧比が高くなくても、コモンモード出力はありません。同相入力接続方法には「仮想接地」はありません。シングルエンド入力信号を使用すると、コモンモード入力信号が生成されます。高いコモンモード抑圧比を有する演算増幅器を用いても、コモンモード出力がある。

したがって、一般的には、できるだけ逆入力接続方法を使用します。

13.通電後に電圧入力がなくても出力するオペアンプもあり、出力が小さくないため、参照電圧としてVCC/2を使用することが多い。

オペアンプの出力には入力はありません。これはオペアンプ自体の非対称設計構造、すなわち入力オフセット電圧Vosに起因し、オペアンプの非常に重要な性能パラメータです。オペアンプは単電源動作状態であるため、オペアンプの基準電圧としてVCC/2を使用することが多い。このとき、オペアンプの実際の参照はVCC/2である。したがって、VCC/2のDCバイアスはオペアンプのプラス端子に供給されることが多く、プラス電源とマイナス電源が供給されると参照としてよく用いられる。

オペアンプを選択する際には多くの問題に注意する必要があります。あまり厳しくない条件下では、オペアンプの動作電圧、出力電流、消費電力、利得帯域幅積、価格などを考慮する必要があることが多い。もちろん、オペアンプを特殊な条件で使用する場合は、異なる影響要因を考慮する必要があります。

14.オペアンプからなる増幅回路が通常逆入力モードをサンプリングするのはなぜですか。

（1）逆入力法と同相入力法の主な違いは：

反転入力方式では、1つの平衡抵抗器が同相端で接地され、この抵抗器には電流がない（オペアンプの入力抵抗が大きいため）ため、この同相端はほぼ接地電位に等しく、これは「仮想地」と呼ばれ、反転端と同相端の電位は非常に近いため、反転端にも「仮想接地」がある。

仮想接地の利点は、コモンモード入力信号がないことである。このオペアンプのコモンモード抑圧比が高くなくても、コモンモード出力はありません。同相入力接続方法には「仮想接地」はありません。シングルエンド入力信号を使用すると、コモンモード入力信号が生成されます。高いコモンモード抑圧比を有する演算増幅器を用いても、コモンモード出力がある。したがって、一般的には、できるだけ逆入力接続方法を使用します。

（2）正相は発振器であり、逆相は増幅器を安定化でき、負帰還接続

（3）原則として、同相比例増幅回路を接続することができる。しかし、実際の用途では、増幅された信号（すなわち、差動モード信号）は非常に小さいことが多い。この場合、ノイズ（通常はコモンモード信号）を抑制することに注意してください。同相比例増幅回路はコモンモード信号の抑制能力が悪く、増幅される信号はノイズに埋没し、後処理に不利である。したがって、通常、良好な抑制能力を有する逆比例増幅回路が選択される。

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端子の電圧が0 Vであれば、出力電圧も0 Vに等しくなければならない。しかし、実際には、出力端には常にオフセット電圧Vosと呼ばれる電圧がある。出力端のオフセット電圧を回路のノイズ利得で除算すると、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る。この特徴は通常、データテーブル内のVosで表される。

Vosは、オペアンプの反転入力に直列に接続された電圧源と同等である。差動電圧は、0 V出力を生成するために増幅器の2つの入力に印加されなければならない。

（2）理想演算増幅器の入力インピーダンスは無限大であるため、入力に電流が流入することはない。しかし、入力段でバイポーラトランジスタ（BJT）を使用する実際のオペアンプには、バイアス電流（IB）と呼ばれるいくつかの動作電流が必要である。通常、IBとIB−の2つのバイアス電流があり、それぞれ2つの入力に流れ込む。IB値の範囲が広く、特殊なタイプのオペアンプです