オペアンプの特性

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フィールド: 基本電気

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オペアンプまたはOPアンプは通常、理想的なDC増幅を提供する線形デバイスとされています。これらは基本的に、抵抗器やコンデンサーなどの外部フィードバック部品と共に使用される電圧増幅デバイスです。OPアンプは3つの端子を持つデバイスで、一つの端子が反転入力、もう一つが非反転入力、最後の一つが出力です。以下は典型的なOPアンプの図です：
op amp characteristics

図からわかるように、OPアンプには入力と出力用に3つの端子があり、電源用に2つの端子があります。
OPアンプの動作を理解する前に、OPアンプの特性について学ぶ必要があります。ここではそれらを一つずつ説明します：

オープンループ電圧ゲイン(A)

フィードバックなしでの理想のOPアンプのオープンループ電圧ゲインは無限大です。しかし、実際のOPアンプの典型的なオープンループ電圧ゲインは20,000から2,00,000の範囲です。入力電圧をVinとし、オープンループ電圧ゲインをAとすると、出力電圧はVout = AVinとなります。通常の値は上記の範囲ですが、理想的なOPアンプの場合、それは無限大です。

入力インピーダンス(Zin)

入力インピーダンスは、入力電圧を入力電流で割ったものです。理想的なOPアンプの入力インピーダンスは無限大です。つまり、入力回路に電流が流れません。ただし、実際のOPアンプでは、入力回路に数ピコアンペアから数ミリアンペア程度の電流が流れます。

出力インピーダンス (Zout)

出力インピーダンスは、出力電圧を入力電流で割ったものです。理想的なOPアンプの出力インピーダンスはゼロですが、実際のOPアンプの出力インピーダンスは10-20 kΩの範囲です。理想的なOPアンプは内部損失なしで電流を供給する完全な電圧ソースとして機能します。内部の抵抗は負荷に供給される電圧を減らします。

帯域幅(BW)

理想的なOPアンプは無限の帯域幅を持ち、DCから最高のAC周波数まで何の損失もなく信号を増幅することができます。したがって、理想的なOPアンプは無限の周波数応答を持つと言われています。実際のOPアンプでは、帯域幅は一般的に制限されています。この制限はゲイン帯域（GB）積によって決まります。GBは、増幅器のゲインが1になる周波数として定義されます。

オフセット電圧(Vio)

理想的なOPアンプのオフセット電圧はゼロであり、反転端子と非反転端子の差がゼロであれば出力電圧もゼロになります。両端子を接地すれば、出力電圧はゼロになります。しかし、実際のOPアンプにはオフセット電圧があります。

共通モード拒否比(CMRR)

共通モードとは、反転端子と非反転端子に同じ電圧が適用される状況を指します。OPアンプの共通モード拒否とは、共通モード信号をOPアンプが拒否する能力を指します。ここで共通モード拒否比という用語の理解ができるでしょう。
共通モード拒否比は、OPアンプが共通モード信号を拒否する能力の尺度であり、数学的には次のように定義されます：

ここで、ADはOPアンプの微分ゲインであり、理想的なOPアンプの場合には無限大です。
ACMはOPアンプの共通モードゲインを指します。
理想的なOPアンプのCMRRは無限大であり、すべての共通モード信号を拒否することができます。また、式からもADが理想的なOPアンプでは無限大で、ACMはゼロであることがわかります。したがって、理想的なOPアンプのCMRRは無限大であり、両端子に共通する信号をすべて拒否します。
しかし、実際のOPアンプは有限のCMRRを持ち、すべての共通モード信号を拒否しません。