OP-Ampとは？ わかりやすく解説

オペアンプ

μA741 集積回路、最も成功したオペアンプの一つ。
ピン配置	V+: 非反転入力 V−: 反転入力 Vout: 出力 VS+: 正電源 VS−: 負電源
電気用図記号
オペアンプ用の回路図記号。ピンは、上記のようにラベル付けされている。
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オペアンプ（operational amplifier，オペレーショナル・アンプリファイア）は、非反転入力端子（+）と反転入力端子（-）と、1つの出力端子を備えた増幅器の電子回路モジュールである^[1]。日本語では演算増幅器という^[1]。OPアンプなどと書かれることもある^[1]。増幅回路、コンパレータ、積分回路、発振回路など様々な用途に応用可能である。

概要

オペアンプは2つの入力間の電位差によって動作する差動増幅回路で、裸電圧利得は10⁴倍から10⁵倍と非常に高く^[2]、負帰還回路と組み合わせて適切な利得と動作を設定して用いる。回路構成は一般的に、正負入力を持つ差動入力段、中間増幅段、負荷を駆動する出力段に分かれる。

演算増幅器の名称は、かつて自動制御機能などを電子回路で実現する際、微積分・比較・加算・減算などをアナログ演算によって行うために開発されたことに由来する。なお、こうした演算回路を自由に組み合わせて接続し、各種リアルタイム演算ができるようにした装置をアナログコンピュータという。オペアンプは、モジュールとして考案された当初はトランジスタや真空管などの個別部品で構成され、のちに集積回路化された。

動作

オペアンプの差動入力は、非反転入力 (+) のV₊ と 反転入力 (–) の V₋ から成り立つ。また、理想的なオペアンプは差動電圧入力と呼ばれる2つの電圧のみで成り立つ。

オペアンプの出力電圧V_outは以下の式となる。

${\displaystyle V_{\text{out}}=A_{\text{d}}\,(V_{\!+}-V_{\!-})}$

入出力間の電圧には差動利得（オープンループゲイン）を ${\displaystyle A_{\text{d}}}$

${\displaystyle R_{1}}$

入力信号と出力信号の位相が同一である増幅回路。電圧増幅率は ${\displaystyle 1+R_{2}/R_{1}}$

入力信号に対して出力信号の位相が180°変化する増幅回路。電圧増幅率は ${\displaystyle -R_{f}/R_{\rm {in}}}$

原則として ${\displaystyle R_{1}=R_{2},\,R_{f}=R_{g}}$

詳細は「微分回路」を参照

電圧値の微分値を出力する回路。入力電圧 ${\displaystyle V_{i}}$

詳細は「積分回路」を参照

電圧値の積分値を出力する回路。入力電圧 ${\displaystyle V_{i}}$

複数の入力電圧を加算した値を出力する回路。入力電圧 ${\displaystyle V_{1},V_{2},\cdots ,V_{n}}$