基礎編

徹底図解★ OPアンプIC活用ノート

第9章

回路のフィルタでふるいにかける必要な周波数成分を抽出する

9- 1

フィルタの基礎知識

多くの信号から必要な周波数の三つに大別されます．

周波数の違いで信号を分離する回路

一方，第 6 章で解説した交流成分だけを通過させ，不要な周

ここでは，各種のアクティ結合回路（ CR 微分回路）や第 8波数成分を阻止する回路を総称

ブ・フィルタ回路を紹介します．

章で解説した不完全微分回路

してフィルタ（filter）と呼びま

第 4 章で解説した CR 積分回

は，カットオフ周波数 f C より路や第 8 章で解説した不完全積

高い周波数ではほぼ一定の増フィルタの実現方法は，分回路は，カットオフ周波数 fC幅率をもち，fC より低い周波数① 受動素子（コイル L，コンより低い周波数ではほぼ一定のでは周波数が低くなるとともデンサ C ，抵抗 R ）だけで構増幅率をもち，fC より高い周波に増幅率は 0 倍に向かって小さ成されるパッシブ・フィルタ

数では周波数が高くなるとともくなっていきます．これらは，② 能動素子（OP アンプ）と受に，増幅率は 0 倍に向かって小高い周波数成分だけを通過さ動素子（コンデンサ C ，抵抗さくなっていきます．

せ，低い周波数成分を阻止す

す．

R ）を組み合わせて実現する

これらは，低い周波数成分だるハイ・パス・フィルタ（HPF，アクティブ・フィルタ

けを通過させ，高い周波数成分高域通過フィルタ）としての性③ アナログ素子ではなくデを阻止するロー・パス・フィル質をもっています．

ィジタル演算で実現されるデタ（LPF，低域通過フィルタ）

このように，周波数の違いィジタル・フィルタとしての性質をもっています．

で信号を分離する回路を総称

増幅率

理想的なフィルタの周波数特性

増幅率

図1

通過域

阻止域

阻止域

fC

通過域

阻止域

f0

周波数

周波数

増幅率（c）タイプ3：バンド・パス・フィルタ増幅率（a）タイプ1：ロー・パス・フィルタ

バンド･エリミ
ネート・フィル
タはノッチ・フィルタとも呼ばれています．

阻止域

通過域

fC（b）タイプ2：ハイ・パス・フィルタ

通過域

周波数

阻止域

通過域

f0

周波数（d）タイプ4：ノッチ・フィルタ

このＰＤＦは，ＣＱ出版社発売のトランジスタ技術SPECIAL for フレッシャーズ No.104 「徹底図解 OPアンプIC活用ノート」の一部分の見本です．
109
9-1 フィルタの基礎知識
内容・購入方法などにつきましては以下のホームページをご覧下さい．
<http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/MSP/MSP200810.htm>

実
践編

基礎編

徹底図解★ OPアンプIC活用ノート

第10章

サーミスタと白金測温抵抗体をA−D コンバータにインターフェースする

温度センサ回路におけるOPアンプの応用

10 - 1

実践
編

抵抗ブリッジと差動アンプでリニアライズ

サーミスタ・インターフェース回路

は，半導体レーザの温TLV2472 は 2 回路入りで，R 0 ＝ 10 kΩ＠25 ℃， B 定数が度モニタ用のサーミスタを，

TLV2471 は 1 回路入りのもので3900 のものが使われています．

4.096 V フルスケールの単電源

す．

図1

温度 T［K］におけるサーミ
スタの抵抗値 R T は，次の式で動作の A − D コンバータに接続

TLV2472 のオフセット電圧するためのインターフェース回は 最 大 で 2 . 2 mV と 並 で す が ，近似されます．

路です．

温 度 ド リ フ ト は 0 . 4 μV / ℃

RT● 使用する OP アンプ（typ）と極めて少なく，OP27 の＝ R0exp B

OP アンプは，発熱の多いレーザ・モジュール近辺で使用すような高精度 OP アンプに匹敵

T−B ： B 定数（3900）

ここでは，低電圧高精度

4.6 V（Iout ＝ 10 mA）
程度と広く，

T ：測定温度［K］

CMOS レール・ツー・レール

このような用途に適していま

O P ア ン プ T L V 2 4 7 2（ テ キ サす．

ス・インスツルメンツ）を 5 V● サーミスタ

単一電源で使用しています．
図1T0R0 ：抵抗値
（10 kΩ＠25 ℃）

また，出力電圧範囲も 5 V 単一電源で使用したときに 0.5 〜ものが望ましいです．

1

RT ： T K での抵抗値［Ω］します．

るため，温度ドリフトの少ない

1

T0 ： 298.5 K（25 ℃）
この抵抗値の変化は 図2 のように非線形なので，ブリッジ

温度モニタ用サーミスタは回路 TH 1 ， R 1 ， R 2 ， R 3 を用いサーミスタと A− D コンバータをインターフェースする回路

I C1b

サーミスタ

R2

53.6k（D）

6THR＋

C4TH1
THR3K91000p

C7C51000p

THR− R 11000p

910Ω
（D）

R3＋2.5V 3.6k（D）

C3C2C122μ1μ22μ

I C3834Vout

C 9 100p

R 6 10k（D）

C 6 1μR810k（D） 10k（D）
VCC（5V）
C 10 1μR 5 10k（D）
I C2
TLV2471
73VCC（5V）
R 11R46
C 8 1μ220k（D）
147Ω
4 82VCC（5V）
R 12 680Ω

TLV2472
R771

I C1aR9R 1010k（D） 10k（D）

TLV2472＊：抵抗値の（D）は誤差0.5％

TL431A
基準電圧10-1 サーミスタ・インターフェース回路

115

基礎編

徹底図解★ OPアンプIC活用ノート

第11章

不要な信号を濾過して必要な信号だけを取り出す

フィルタ回路におけるOPアンプの応用

実践編

11 - 1 OPアンプ1個で作る3次ロー・パス・フィルタ
リンギングなどの波形の乱れが少ない特徴をもつ

コスト要求が厳しいときや実装スペースが少ないときなど，など波形の乱れが少ない特徴がシミュレーション結果も 図2あります．に示してあります．

困ったときのために OP アンプ特性のシミュレーション結果

1 個でできる 3 次ロー・パス・を 図2 に示します．

また，周波数特性を決める抵抗の値が同一であるため，抵抗ゲッフェ型のフィルタは Q の値をスケーリングするだけで簡LPF）を紹介します．

高いフィルタには適しません

単にカットオフ周波数を変更す● ゲッフェ型の 3 次ロー・パが，入力直後の部分も OP アンることができます．

ス・フィルタプの非反転入力端子部分にも，ただし，回路で使用しているフィルタ（Low − Pass Filter ；回路を 図1 に示します．ゲそれぞれ R1，C1 と R3，C3 のパ

O P ア ン プ T L C 2 2 0 1（ テ キ サッフェ（Geffe）型の 3 次ロー・パ

ッシブ・フィルタがあるようなス・インスツルメンツ）は高精ス・フィルタで，リニア・フェ構成になっているため，EMI度/低ドリフト用途の OP アンーズ・フィルタを元にして，を受けにくいというのも利点のプです．ゲイン・バンド幅がSPICE を用いてコンデンサの値ひとつです．

1.9 MHz（typ）と広くないため，が入手しやすい値になるように● バターワース特性に変更でカットオフ周波数をあまり上げパラメータ・フィッティングをきるることはできません．

C 1 ， C 2 の値を回路図中の括もし，数 kHz 〜 10 kHz あた

バターワース特性に比べて振弧内の値に変更すると，特性をりのカットオフ周波数で使いた幅特性では劣りますが，群遅延バターワース特性に変えることい場合には，もう少しゲイン・特性が平坦なため，リンギングができます．このときの特性のバ ン ド 幅 の 広 い（ G B W ＝ 1 0行ったものです．

MHz）TLC072（テキサス・イン
図1

AV ＝1fC ＝1kHz
入力

Vinンスツルメンツ）のような OP

ゲッフェ型 3 次ローパス・フィルタの回路
C1，C2 を（）内の値に変更すると 3 次バターワース特性になる＋5V

C23300p（5600p）

アンプが適しています．
ただし， 図1 に示した回路

C 101 1μでは，カットオフ周波数が1 kHz においてできるだけ小型

R1R2R33100k

100k100k

2C1C32000p（2200p）

330p

764
I C1TLC2201

C 102 1μR4

出力150ΩVoutのコンデンサを使用するために，R1 〜 R3 が 100 kΩとやや高インピーダンス設計になっています．そのため， R 1 〜 R 3 の値を 10 kΩ前後になるように変更−5Vします．
11-1 OP アンプ1 個で作る3 次ロー・パス・フィルタ

119徹底図解★ OP アンプIC活用ノート

第12章

さまざまなアナログ信号処理機能を実現するスペシャル・ファンクション
回路におけるOPアンプの応用

12 - 1 パワーOPアンプを使った半導体レーザ・ドライバ
100 mV〜2.5 Vの電圧を−5 mA〜−125 mAの電流に変換するに示す回路は，半導体

図1

レーザのバイアス用レーザ・ドり，負電圧電源からドライブすの電圧をレーザ・ダイオードることになります．の− 5 mA 〜− 125 mA の電流ライバ回路です．

そのため，正の制御電圧によに変換するのが主目的です．

使用を想定しているレーザ・って電流をシンクするような電● 低電圧/大電流用パワー OP

ダイオードは，アノードがケー圧−電流変換回路が基本となりアンプスに接続されているタイプなのます．

でアノードがグラウンドにな

この回路は，100 mV 〜 2.5 V（テキサス・インスツルメンツ）

半導体レーザのバイアス用レーザ・ドライバ回路

図1C6VDD

1μ16V

NF2MMZ40（＋5V）

Vcont

C7Vp ＝2.5Vfs
R 10VCONT

I C3A

22μ3

C 1110k

21000pfc ＝16kHz

NF3
MMZ40C7VSS

R830k

7.5k

7I C3B
TLC2272
56R9R 14430k

C 12 1000p

Ilimit ＝150mA

C6R 11 75k
サーマル・パッド

Tr22SC4116

ANDゲートC8

I C21μ120
PAD PAD
219PO1 MON
318
CLS
V−
417
CLF
V−
516
I
N−
NC
615I
N＋
VO
714
THF
VO
813EN
V＋
921
PO2 V＋
1011
PAD PAD
PAD
21
サーマル・パッド

43Y GND
2B
51VCC
A

R4TC7S08F

5.6k

R110kNF1
MPZ30

Tr12SA1586

VEE（−5V）

C3C 10

C2100μ1μ100μ第 12 章 スペシャル・ファンクション回路におけるOP アンプの応用

LD1SLDI SENS＋R27.5k

I C1 OPA569

10k

レーザ・ダイオード

330k

TLC2272
81R3PAEN

LDEN

R71μ
16V22μ（−5V）

132

回路で使用している OPA569

R 13

R 1210Ω
1/2W

10Ω1/2W

I SENS−R 6 100mΩ

R 5 1kRp ＝5Ω

ILD ＝125mAfs
IO ＝Vp /Rp /4
パワーOPアンプ

C9C11μ100μ