オペアンプ
ビデオ信号の増幅など高周波(VHF)まで使用できる品種。GB積、スルーレートを特別に高くしてある。反面、多くの場合安定性や直流特性は劣り、裸利得は低い。
オペアンプが負帰還で安定して増幅動作をするためには高域での位相補償容量が必要である。この位相補償はボルテージ・フォロワ動作時(利得1倍)に最も多く必要となる。現在広く使われているオペアンプICのほとんどは、ボルテージ・フォロワでも安定動作が出来るだけの位相補償がなされている。しかし、補償容量を大きくすると周波数特性、スルーレートが犠牲になるため、高利得用途向けの品種など、限定位相補償として高速・広帯域とする代わりにある程度の閉ループ利得を持つ回路でのみ安定動作するものもある。また、補償容量を内蔵せず用途に応じて最適な補償容量を外付けして使う非補償オペアンプもある。
A d {\displaystyle A_{\text{d}}} が ( R 1 + R 2 ) / R 1 {\displaystyle (R_{1}+R_{2})/R_{1}} より十分大きければ、
V out V in ≈ 1 + R 2 R 1 {\displaystyle {\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}\approx 1+{\frac {R_{2}}{R_{1}}}}
V + − V − ≈ 0 {\displaystyle V_{+}-V_{-}\approx 0}
となる。
上の式からわかることは、オペアンプの差動利得 A d {\displaystyle A_{\text{d}}} が大きい場合の回路の利得はオペアンプの利得に関係なく抵抗の比で決まること、またオペアンプの2つの入力電圧差は0となることである。つまり、
差動利得が大きく入力電流が小さいオペアンプで負帰還回路を形成した場合、その回路の伝達関数はオペアンプの利得には関係なく周りの素子定数で決まり、その際オペアンプは入力電圧差が0となるように(一般的にバーチャルショートと呼ばれる)出力電圧(または出力電流)を調整するように動作する
と言えることになる。
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Voutは以下の式となる。
V out = A d ( V + − V − ) {\displaystyle V_{\text{out}}=A_{\text{d}}\,(V_{\!+}-V_{\!-})}
Adは開ループ増幅器の利得である。(「開ループ」(open-loop)とは出力から入力へのフィードバックループが存在しない回路である)
入力段にMOSFETを使用したオペアンプ。 入力インピーダンスが極めて高い。 入力バイアス電流がほとんど流れない。正負入力のインピーダンスがそろっていなくても、オフセット電圧はほとんど生じない。しかしMOSFETはJFET以上に素子特性のばらつきが大きく、絶対的な入力オフセット電圧は劣るものが多い。 雑音特性が悪い物が多い。ただし新しい製品では改善が顕著である。
さらに、それぞれ差動入力部のトランジスタの極性がNPN(FETならNチャネル)、PNP(FETならPチャネル)、あるいは両方の並列となっているものがあり、それぞれ入力電流の向きが異なる。