オペアンプのいろんな使い方

 

Figure: 右上から左に、加算回路、減算回路、積分回路、対数変換回路、逆対数変換回路

高周波では難しいオペアンプも低周波領域では極めて簡単です。 加算回路は

$$v_o=-R_f(\frac{v_1}{R_1}+\frac{v_2}{R_2}+\frac{v_3}{R_3})$$

で、すべてのＲを同じにしてしまうと重みは等しくなって

v_o=-(v₁+v₂+v₃

です。減算回路は図で R₂/R₁=R₄/R₃として

$$v_o=-\frac{R_2}{R_1}(v_2ーv_1)$$

と実現されます。次の絵は積分回路で重要です。スイッチS₁をonにすると

$$v_o=-\frac{1}{CR_1}\int v_i dt$$

と積分が実行されs₁を開けて電荷を維持できます。 放電はスイッチS₁をonにするとR₂Cの時定数で放電します。スイッチを 閉じたままにすると$\tau=R_1C$で積分、 $\tau=R_2C>>R_1C$で放電する 積分アンプになります。ローパスフィルターとして見ることもできます。

帰還抵抗を非線型なもの(V=RIと書けないもの)にすると非線型な変換を する増幅器もつくれます。代表的なのが対数変換で帰還抵抗R₂を トランジスターで置き換えます。エミッタ電流I_Eは

I_E=V₁/R

で出力はベースエミッタ間電圧に等しくV_BEで与えられます。

$$V_o=ー\frac{kT}{q}\ln{\frac{I_e}{I_s}}\\ =ー\frac{kT}{q}\ln{\frac{V_1}{RI_s}}$$

となり対数変換になります。入力抵抗をトランジスターで置き換えると

$$V_o=RI_c\\ =RI_S(e^{\frac{q}{kT}V_{BE}}-1)\\ \sim RI_Se^{{\frac{q}{kT}V_10}}$$

で指数変換です。このように帰還抵抗R₁とR₂の置き換えはそれぞれ 逆変換の関係になります。