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オペアンプとは?(5)

オペアンプを見ると
(1)なんで入力が2つあるの?
(2)なんで増幅率がとんでもなく大きいの?
と思うと思います。この謎を解くために、オペアンプの長所と短所を見てみます。

電子回路にはオペアンプ以外に抵抗容量コイル(受動素子の仲間です)が出てきます。この受動素子とオペアンプを比較しながら、オペアンプの性質を見てみます。

オペアンプは入力電圧を増幅できるが、受動素子では簡単ではない
オペアンプの長所は入力電圧を増幅(大きく)できることです。受動素子だけでは、こちらの希望通りに増幅するのは簡単ではありません(小さくすることは簡単ですが)。オペアンプが増幅できるのはトランジスタMOSトランジスタバイポーラトランジスタなど)という素子を使用しているからです。なお、トランジスタは能動素子と呼ばれる素子の仲間です。

受動素子でできた回路は出力信号がひずまないが、オペアンプだけではひずむ
オペアンプの欠点は出力信号の波形が入力信号の波形から変わってしまうことです。この波形が変わることを波形がひずむ(歪む)と言います。
element9.jpg
出力信号がひずむことは大問題です。自分の声を録音したら違う人の声になった…とか、写真をとったらピンボケになった…のようなことにつながるかもしれません。これに対し受動素子のみの回路では、基本的に出力信号は歪みません(出力にて大電流を引き抜くような無茶をすればおかしくなりますが)。

このようにオペアンプは増幅できても波形がひずみます。そのため、オペアンプ単独ではまず用いられません。実際には受動素子の力を借り、さらに、帰還という考え方を使うことで、波形のひずみを実使用に耐えられるところまで改善します(なくすことはできません)。

さきほどの2つのハテナの答えは、この帰還という考え方を取り入れるため、と言えるかと思います。
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Author:たみひかのろ
見にきてくれてありがとう
目標であったオペアンプの設計に6年かけて到達しました。ここからは応用的な内容を書ける限り書いていきたいと思います。

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