オペアンプの7つの主要な応用回路設計の詳細な説明

オペアンプの基本的な解析手法：仮想オープン回路、仮想ショート回路。オペアンプの応用回路に慣れていない場合は、この基本的な解析手法をご利用ください。

オペアンプは広く使用されているデバイスです。適切なフィードバックネットワークに接続することで、高精度のACおよびDCアンプ、アクティブフィルタ、発振器、電圧コンパレータとして使用できます。

アクティブフィルタリングにおけるオペアンプの応用

上図は、典型的なアクティブフィルタ回路（バターワース回路の一種であるサロン・ケイル回路）です。アクティブフィルタの利点は、カットオフ周波数よりも高い信号をより速く減衰させることができることと、大きな容量や抵抗を必要としないことです。

この回路の設計ポイントは、適切なカットオフ周波数を満たすという条件の下で、R233とR230の抵抗値を可能な限り一致させ、C50とC201の容量値を一致させる（280段RC回路の抵抗値と容量値が等しい場合、Saron-Kayl回路と呼ばれます）ことです。これにより、フィルタ性能を満たしながらデバイスの種類を標準化できます。このうち、抵抗RXNUMXは、オペアンプの異常出力を引き起こす入力の停止を防止します。

フィルタリングに最も一般的に使用される 3 つの 2 次アクティブローパスフィルタ回路は、バターワース、単調減少、平坦で最も滑らかな曲線です。

バターワースローパスフィルタリングで最もよく使用されるのは、シミュレートされた回路である Saron-Kayl 回路です。

フィルターの場合、カットオフ周波数を知る必要があります。または、伝達関数と周波数応答を記述することもできます。

フィルタに増幅機能もある場合は、フィルタのゲインを知る必要があります。

2段RC回路の抵抗値と容量値が等しい場合、セレンカ回路と呼ばれます。2次能動回路に負帰還を導入することで、高周波領域で出力電圧が急激に低下します。

1 次アクティブローパスフィルタ回路の通過帯域ゲインは 1+Rf/RXNUMX で、XNUMX 次ローパスフィルタ回路と同じです。

mの単位はオーム、Nの単位はuであることに注意してください。

したがって、カットオフ周波数は次のように計算されます。

チェビシェフ、急速に減衰しますが、通過帯域にリップルがあります。

ベッセル（楕円形）の場合、位相シフトは周波数に比例し、グループ遅延は基本的に一定です。

2. 電圧コンパレータにおけるオペアンプの応用

この回路は、実際にはゼロクロスコンパレータとディープアンプ回路を組み合わせたものです。

出力は（1+R292/R273）で増幅されます。増幅率が高いほど、方形波の立ち上がりエッジは急峻になります。

この回路には、注目する必要がある重要なコンポーネント抵抗値 R275 もあります。この抵抗値は、方形波の立ち上がり速度を決定します。

3.定電流源回路の設計

図に示すように、定電流原理の分析プロセスは次のとおりです。
U5B (上図の下のオペアンプ) は電圧フォロワなので、V1 = V4 となります。
オペアンプの仮想短絡原理によれば、オペアンプ U4A (上図の上側のオペアンプ) の場合、V3 = V5 となります。

上記の式を組み合わせると次のようになります。

基準電圧Vrefが1.8Vに固定されている場合、抵抗R30は3.6で、電流出力は0.5mAで一定になります。

この定電流源回路は、他の電流源の定電流源の設計にも使用できます。基本的な考え方は、すべての抵抗器に、抵抗値が一定した高精度の抵抗器を使用する必要があるというものです。入力基準電圧（専用の基準電圧チップを使用）を抵抗値で割ることで、出力電流が得られます。

しかし、実際の使用においては、定電流源回路を保護するために、出力端にダイオードと抵抗器を直列に接続するのが一般的です。その第一の利点は、外部からの干渉が定電流源回路に入り込み、定電流源回路に損傷を与えるのを防ぐことであり、第二の利点は、外部負荷の短絡を防ぎ、定電流源回路に損傷を与えないようにすることです。