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
- 1965年 μA709(第1世代):外付け補償必須、ラッチアップ・短絡非保護
- 1968年 **μA741(第2世代)**:内部位相補償、短絡保護、ラッチアップフリー、周波数安定
ピン配置(8ピンDIP/SOIC)
| Pin | 名称 | 機能 |
|---|---|---|
| 1,5 | Offset Null | 10kΩ VRで出力オフセット零調整 |
| 2 | Inverting Input (-) | 反転入力 |
| 3 | Non-inverting Input (+) | 非反転入力 |
| 4 | V- (Vee) | 負電源 |
| 6 | Output | 出力 |
| 7 | V+ (Vcc) | 正電源 |
| 8 | NC | 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)
- 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
- 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
- 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
- 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)
- 差動増幅、反転増幅、非反転増幅
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 = 1 | Rf=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 max | 2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。
産業技術
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