シンプルなオペアンプ

部品と材料

• 2つの6ボルトバッテリー
• 4つのNPNトランジスタ-モデル2N2222または2N3403を推奨（Radio Shackカタログ番号276-1617は、この実験や他の実験に最適な15個のNPNトランジスタのパッケージです）
• 2つのPNPトランジスタ-モデル2N2907または2N3906を推奨（Radio Shackカタログ番号276-1604は、この実験や他の実験に最適な15個のPNPトランジスタのパッケージです）
• 2つの10kΩポテンショメータ、シングルターン、リニアテーパー（Radio Shackカタログ番号271-1715）
• 270kΩ抵抗1個
• 3つの100kΩ抵抗器
• 1つの10kΩ抵抗

相互参照

電気回路のエッセンス 、第3巻、第4章：「バイポーラ接合トランジスタ」電気回路の教訓 、第3巻、第8章：「オペアンプ」

学習目標

• カレントミラーを使用した差動増幅器回路の設計。
• 高利得差動増幅器に対する負帰還の影響。

回路図

イラスト

手順

この回路設計は、前に示した差動アンプを改良したものです。差動ペア回路の電圧を下げるために抵抗を使用するのではなく、電流ミラーのセットが代わりに使用され、その結果、より高い電圧ゲインとより予測可能なパフォーマンスが得られます。

より高い電圧利得により、この回路は動作中のオペアンプまたはオペアンプとして機能することができます。 。オペアンプは非常に多くの最新のアナログ半導体回路の基礎を形成しているため、オペアンプの内部動作を理解することが重要です。

PNPトランジスタQ ₁ およびQ ₂ 2つの差動ペアトランジスタQ ₃ を介して電流を均等に分割しようとするカレントミラーを形成します。 およびQ ₄ 。 NPNトランジスタQ ₅ およびQ ₆ 別のカレントミラーを形成し、合計を設定します 抵抗R _prg によって事前に決定されたレベルの差動ペア電流 。

出力電圧（Q ₄ のコレクターの電圧）を測定します 入力電圧が変化するため、グランドに対して）。 2つのポテンショメータが出力電圧に与える影響が異なることに注意してください。一方の入力は出力電圧を同じ方向に駆動する傾向があり（非反転）、もう一方の入力は出力電圧を反対方向に駆動する傾向があります（反転）。

2つの入力信号がほぼ等しい場合、出力電圧が入力の変化に最も反応することがわかります。

回路の差動応答が証明されると（一方の入力が他方の入力の電圧レベルの上下に調整されると、出力電圧が一方の極端なレベルからもう一方の極端なレベルに急激に遷移する）、この回路を実際のオペアンプとして使用する準備が整います。 電圧フォロワと呼ばれる単純なオペアンプ回路 最初に試すのに適した構成です。

電圧フォロワ回路を作成するには、アンプの出力をその反転入力に直接接続します。これは、Q ₄ のコレクター端子とベース端子を接続することを意味します 一緒に、「反転」ポテンショメータを破棄します：

下の回路図に示されているオペアンプの三角形の記号に注意してください。反転入力と非反転入力は、それぞれ（-）と（+）の記号で示され、出力端子は右の頂点にあります。

上の図では、出力を反転入力に接続するフィードバックワイヤが赤で示されています。電圧フォロワとして、出力電圧は入力電圧に非常に厳密に「追従」し、数百分の1ボルトを超えないようにする必要があります。

これは、以前の実験で説明した単一のコレクタ接地トランジスタよりもはるかに正確なフォロワ回路です。より複雑なオペアンプ回路は、非反転増幅器と呼ばれます。 、そしてフィードバックループ内の一対の抵抗を使用して、出力電圧の一部を反転入力に「フィードバック」し、アンプに非反転入力の電圧の倍数に等しい電圧を出力させます。

2つの等しい値の抵抗を使用する場合、フィードバック電圧は出力電圧の1/2になり、出力電圧は非反転入力に印加される電圧の2倍になります。したがって、正確なゲインが2の電圧増幅器があります。

この非反転増幅器回路をテストすると、出力電圧と入力電圧の間にわずかな不一致が見られる場合があります。フィードバック抵抗の値によると、電圧ゲインは正確に2である必要があります。

ただし、出力電圧が何であるかとそれがどうあるべきかの間で数百分の1ボルトのオーダーの偏差に気付くかもしれません。これらの偏差は、差動増幅器回路の欠陥によるものであり、差動電圧ゲインを上げるために増幅段を追加すると、大幅に減少する可能性があります。

ただし、既存の回路の精度を最大化する1つの方法は、R _prg の抵抗を変更することです。 。この抵抗は、より低い電流ミラーの制御点を設定し、そうすることで、オペアンプの多くの性能パラメータに影響を与えます。

10kΩから1MΩの範囲の差抵抗値に置き換えてみてください。 10kΩ未満の抵抗を使用しないでください。使用すると、カレントミラートランジスタが過熱して熱的に「暴走」する可能性があります。

あらかじめパッケージ化されたユニットで利用可能な一部のオペアンプは、ユーザーが差動ペアのカレントミラーを同様に「プログラム」する方法を提供し、プログラム可能と呼ばれます。 オペアンプ。ほとんどのオペアンプはプログラム可能ではなく、内部電流ミラー制御点は内部抵抗によって固定されており、工場で正確な値に調整されています。