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．
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>
徹底図解★ OP アンプIC活用ノート

第5章

マイナス電源も使わないディジタルに対応

プラス電源だけでOPアンプを動かす

5- 1

正負電源を使わずにOPアンプを動作させる

単電源動作のための基礎知識

本章では，OP アンプを単電られています．現実の電子回路流電圧計（テスタ，DMM，普源で使用する実験を行います．

では，ディジタル・システムで通のオシロスコープなど）があ

前章までは± 1.5 V の正負電源

は 5 V や 3 V などの単電源が主ればやりやすいと思います．パ

で使用する実験を紹介しましたに使われています．OP アンプ

ソコンのオーディオ出力を利用が，この章では 3 V の単電源でなどのアナログ回路も，ディジしたソフトウェア・ジェネレー使ってみましょう．

タル・システムに組み込まれてタ，オーディオ入力を利用した実験に使ってきた 2 個の OP使われることが多くなり，手軽ソフトウェア・オシロスコープ

アンプ（新日本無線の NJM2732，に単電源で使える OP アンプ製

は，原理的に交流専用なので，NJU7043）は，どちらも主に単品の人気が高いのです．

正電圧に限定した実験をするに電源で使うことを前提として作この章の実験を行うには，直1単電源化のコモンセンス
一般に「単電源用 OP アンプ」と呼ばれる OP アンプは，別には不向きです．

があります．単電源用 OP アン

グラウンド（GND）が位置するのプもしかりです．

に対して，単電源では電源電圧の単電源専用というわけではな

正負電源か単電源かは，OPく，正負電源でも単電源でも同アンプ側では区別できませそのため，正負電源の場合はじように使えます．また，単電ん．＋V CC と−V CC の電圧差が正負の信号電圧を扱えるのに対源用でない OP アンプでも，ち定格を満たしてさえいれば，ちして，単電源では信号電圧が正ょっと回路に手を加えれば単電ゃんと動作します．例えば 3 Vだけ（または負だけ）となります

源で動作させられます．ここで動作の OP アンプなら，3 V 単（ 図2 ）．

は，まず手軽な単電源動作の入電源（＋VCC ＝ 3 V/−VCC ＝ 0 V）

● プラス単電源増幅のコモン門から実用的な使いこなしのマ

で も ， ± 1 . 5 V 電 源（ ＋V C C ＝センススタまでを説明します．

1.5 V/−V C C ＝− 1.5 V）でも，① GND レベルぎりぎりの入力● OP アンプは単電源でも両− 3 V 単電源（＋V CC ＝ 0 V/−

信号を増幅したいときは単電源電源でも本来の動作をする

V CC ＝−3 V）でも，OP アンプ

専用 OP アンプを使う

正負電源と単電源は何が違うは動作します（ 図1 ）．

端に GND が位置することです．

次節では，この方法についてのかというと，実際には電源電● プラス電源だけで動く OP解説します．非反転増幅回路の圧の違いというよりも，信号電アンプが増幅できるのは入力信ように，入力が正なら出力も正，圧範囲の違いです．どんな OP

号の正の部分だけ入力が負なら出力も負という回アンプにも正電源（＋VCC）と負正負電源と単電源の違いは，路なら，信号電圧が正だけ（ま電源（−V CC ）の 2 本の電源ピン正負電源では電源電圧の中間にたは負だけ）の範囲で使えます．

56

第 5 章 プラス電源だけでOP アンプを動かす基
礎編

徹底図解★ OPアンプIC活用ノート

第6章

微小で繊細な信号に力強さを加える

センサ出力や音声を増幅する

6- 1実践
編

数mVの信号を100〜1000倍増幅する

計測に使える増幅回路を作る

基本的な OP アンプ増幅回路

ものがたくさんあります．

かつ多くの用途で十分な高精度として，反転増幅回路，非反転抵 抗 出 力 の も の は R −V（ 抵が得られるのが特徴です．しか増幅回路，差動増幅回路を第 1抗−電圧）変換，電流出力のもし OP アンプは，入力信号がゼ章で実験し，第 2 章で原理や使のは I −V（電流−電圧）変換してロでも，微小な直流電圧（オフいかたを解説しました．

から増幅や演算などの処理を行セット）やノイズを出力していいます．

ます．したがって直流の微小電

本章では，用途を限定してさらに特性や使いやすさを改善し電圧出力のものはそのまま増圧信号の増幅には注意が必要でた OP アンプ増幅回路として，幅できますが，信号源インピーす． 図1 に−100 倍の反転増幅

計測用途を中心とした直流増幅

ダンスが高いものは高入力イン回路の回路例と動作波形を示し回路，オーディオ用途を中心とピーダンス回路，信号レベルがます．

した交流増幅回路について実験

微小なものは高精度増幅回路，一般的なセンサでも出力が数しながら解説します．

GND から浮いたものは差動回

mV 程度と微小なものは多く，● 計測回路に求められる機能路で受ける必要があります．

100 〜 1000 倍に増幅することが計測回路は，電気量を計測したセンサのなかには交流信号で必要です．しかし，一般的な汎り，センサを用いてさまざまな物出力が得られるものもあります

用 OP アンプは，やはり数 mV理量を計測するための回路です．

が，大部分のセンサでは直流成程度の入力オフセット電圧を出センサは熱，光，磁気，力，分を高精度に処理することが要力します．これでは，センサ出変位などの物理量を電圧，電流，求されます．そのために，高精力を増幅しているのかオフセッ抵抗などの電気量に変換する機

度 OP アンプを用いたり，オフト誤差を増幅しているのかわか能をもちます．計測回路では，セットやノイズを抑える技術もらなくなってしまいます．

このような電気量を電圧信号に必要になります．

このような直流微小電圧増幅変換し，適当な電圧レベルに増

次節からは，一般的な反転増の用途には，高精度 OP アンプ

幅したり，比較/検出などの処幅回路や非反転増幅回路を計測を用いるか，オフセット調整に理を行います．

用途に用いる場合の注意点や，よってオフセット誤差を抑える● 直流成分を高い精度で処理

高入力インピーダンスの差動増ことが必要になります．

信号源であるセンサの性質は幅器として計測用に多く用いら

オフセット調整を行えば，オ千差万別で，出力が抵抗や電流れているインスツルメンテーシ

フセット誤差を 1 桁程度改善すで得られるもの，電圧出力でもョン・アンプを紹介します．

る効果が期待できます．また，信号源インピーダンスが高いも● 無入力でも出力される直流入力オフセット電圧が原因の誤の，信号レベルが微小なもの，が邪魔をする

差と入力バイアス電流が原因のグラウンド（GND）から浮いたOP アンプは手軽に使えて，誤差を合わせて調整できます．
6-1 計測に使える増幅回路を作る

73

基礎編

徹底図解★ OPアンプIC活用ノート

第7章

電流/抵抗/周波数と電圧を相互に変換

電圧以外の信号を扱う

7- 1実践
編

電流信号の測定に使える電流を電圧に変換する電子回路では主として電圧を電流と電圧の関係はオームのの用途に用いられます．

信号として用い，増幅や演算な法則で決まり，基準抵抗を用い● 高精度な I − V 変換回路

どの処理を行います．電流や抵れば電流 I と電圧 V の相互変換

代表的な高精度 I − V 変換回抗，周波数など，電圧以外の信（ I − V 変換/ V − I 変換）ができま

路は， 図1 のように反転増幅号を扱うために，それらの信号す．

回路から入力抵抗 R 1 を取り去

基準抵抗 Rref に入力電流 Iin をり，直接電流 I in を流し込むよ

流せば， I in に比例した電圧降うにしたものです． R 1 を取り

下 ΔV ＝ I in R ref を生じます．そ去っても負帰還による仮想接地る整流回路のように，電圧信号の電圧降下を出力電圧 Vout としは働きます． I in はすべて帰還どうしの変換を行う回路もありて取り出せば I − V 変換ができ

抵抗 Rref を流れるので，ます．

ます．I − V 変換は電流測定などと電圧を相互に変換する回路が用いられています．
交流信号を直流信号に変換す

Vout ＝−IinRref …………（1）と，Iin に比例した出力電圧 Voutが得られます．

図1

高精度 I − V 変換回路

Rref 10k

図1Vout［V］

ΔV ＝ I in Rref

入力電流を 0 〜− 1.5 V の出力150μ

Vout ＝− I in Rref

0V−1.5V（a）回路例

10 kΩを用いて，0 〜 150 μA の−1.5

1.5V

I inの回路例では， R ref ＝−150μ

I in［A］

流を逆向き（流れ出し）にすれば，正の出力電圧が得られます．入−1.5

NJU7043

電圧に変換しています．入力電力電流が双方向なら，正負の出（b）入力電流-出力電圧特性力電圧になります．
この回路の利点は，電流の入力点が仮想接地になっているこ

入力
0Vとです．信号源（電流源）から見た出力条件が常に一定のため，入力電流はOPアンプの負荷電流の範囲内です．

0V
出力（c）（a）の入出力波形（一般のオシロスコープで観測．
入力：10μA/div., 出力：100mV/div.，1ms/div.）

信号電流によけいな誤差を生じません．
例えば，フォト・ダイオード
は受光量に応じた光電流が流れる光センサですが，この I − V変換回路を用いて， 図2 のよ
7-1 電流を電圧に変換する

85徹底図解★ OPアンプIC活用ノート

第8章

三角波を方形波に換えたり，波形のエッジを検出したりOPアンプで加減算と微積分

8- 1

複数の信号の加算と減算ができる加減算を行う回路● 加算項と減算項の数を任意あることに注目すれば， 図1個の反転加算回路の組み合わせに決められるタイプのように反転増幅回路と反転加にすれば，複数の加算と減算を算回路を組み合わせることで実行う加減算回路になります．

減算回路は第 3 章で紹介しま

現できます．

した．ここでは，それとは別のさらに， 図2 のように反転戻る（非反転）ことから，1 段目増幅回路の入力を拡張して，2の反転加算回路の入力 V2，V21，実現方法を紹介します．
減算は，負数の加算と等価でV 22 …は加算項となり，1 段目反転と加算で構成した減算回路

図1V2

このとき，反転の反転は元にR 1 10kを通さない 2 段目の反転加算回

R 2 10k

減算は負数の加算と等価であることに注目す
れば，このように減算回路ができます．

＋1.5V−V 2路の入力 V 1 ， V 11 ，V 12 …は減算項となります．すなわち，出R 31−1.5V

V1

力電圧は，10k

R 4 10k

R 3 10k＋1.5V

Vout ＝（V2 ＋ V21 ＋ V22 ＋…）−（V1 ＋ V11 ＋ V12 ＋…）

反転増幅回路……………………
（1）

Vout ＝−（−V 2 ＋V 1 ）＝V 2 −V 1−1.5Vとなります．加算項，減算項の個数はそれぞれ任意に増やせま

反転加算回路図2

OP アンプ 2 個の加減算回路
V 21V2

R 11 10k
R1R 2 10k＋1.5V

10k−1.5V

Vout ＝−（V 1 ＋V 11）（V 2 ＋V 21 ）R 32 10k
R 4 10k

V 11
R 31 10k

V1入力 V 1 ＝V 11 ＝V 2 ＝V 21＋1.5V

出力

R 3 10k
反転加算回路（1段目）−1.5V
反転加算回路（2段目）（a）回路図（a）の入出力波形（200mV/div.，1ms/div.）（b）

加算項，減算項は自由に増やすことができます．

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第 8 章 OP アンプで加減算と微積分