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IC 741 オペアンプ徹底解剖:内部回路・ピン配置・主要特性・基本増幅回路

オペアンプの位置づけ

「演算増幅器」の名の通り、加減乗除・積分微分等のアナログ演算用途から出発。外付け部品で増幅・フィルタ・発振・比較・変換等**万能アナログブロック**へ展開。AC/DC両対応、超高利得差動入力。

世代変遷

ピン配置(8ピンDIP/SOIC)

Pin名称機能
1,5Offset Null10kΩ VRで出力オフセット零調整
2Inverting Input (-)反転入力
3Non-inverting Input (+)非反転入力
4V- (Vee)負電源
6Output出力
7V+ (Vcc)正電源
8NC内部未接続(8ピン標準化用)

内部回路ブロック(20個BJTで構成)

  1. 差動増幅段(青):Q1,Q2エミッタフォロワ+Q3,Q4共通ベースPNPで高入力インピーダンス・高利得・コモンモード除去。Q5,Q6アクティブロード、オフセット調整対応
  2. カレントミラー(赤):Q8-Q9ウィルソン、Q10-Q11ワイド、Q12-Q13ウィルソンで定電流バイアス生成
  3. 電圧増幅段/クラスA(マゼンタ):Q15,Q19ダーリントンで電圧利得稼ぎ、Q22で過電流防止
  4. レベルシフト+出力段クラスAB(緑/シアン):Q16+4.5k/7.5kでレベルシフト、Q14/Q20相補プッシュプル(出力インピーダンス50-75Ω)、Q17で出力電流制限

基本増幅回路構成

オープンループ(理論利得∞→飽和出力)

クローズドループ(負帰還で利得設定・帯域拡大)

回路利得式特徴
非反転増幅Av = 1 + Rf/R1高入力インピーダンス、同相出力
反転増幅Av = -Rf/R1バーチャルショート、入力インピーダンス=R1
差動増幅Av = (Rf/R1)·(V2-V1)差動信号増幅、コモンモード除去
電圧フォロワAv = 1Rf=0, R1=∞、バッファー、高Z入力→低Z出力

主要電気的特性(典型値)

パラメータ値備考
入力バイアス電流80nA typ / 500nA max2入力平均
入力オフセット電流20nA typ差分、小さいほど良
入力オフセット電圧5mV max出力零にするための差動電圧
スルーレート0.5 V/µs typ大信号帯域制限要因、関数発生器+オシロで測定
開放利得200,000 (低周波)
入力インピーダンス≈2 MΩ
出力インピーダンス50-75 Ω
負荷抵抗>2 kΩ 推奨

周波数特性

オープンループで高利得だが帯域狭。負帰還で利得犠牲に帯域拡大(利得帯域幅積一定)。補償容量30pF内蔵で安定動作。

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