電子工作で微弱な電圧や電流を扱う時に便利なオペアンプの内部回路をシミュレートしてみました！

1. オペアンプとは

オペアンプ(正：オペレーショナル・アンプリファイア、英：operational amplifier)とは、図1の様に非反転入力端子（+）と反転入力端子（-）と、一つの出力端子を備えた増幅器の電子回路モジュールです。

オペアンプの事を演算増幅器とも言い、OPアンプなどとも書かれます。

オペアンプは二つの入力間の電位差によって動作する差動増幅回路※1で、裸電圧利得※2は104倍から105倍と非常に高く、負帰還回路※3と組み合わせて適切な利得と動作を設定して用います。

回路構成は一般的に、正負入力を持つ差動入力段、中間増幅段、負荷を駆動する出力段に分かれています。

増幅回路、コンパレータ、積分回路、発振回路など様々な用途に利用されています。

以下補足です。(Wikipedia より引用)

※1：差動増幅回路（さどうぞうふくかいろ、英: Differential amplifier）とは、

2つの入力信号の差分を一定係数（差動利得）で増幅する増幅回路である。差動増幅回路はオペアンプ、コンパレータやエミッタ結合論理（ECL）ゲートの入力段として使われる。

※2：利得（りとく、英: gain）とは、

電気回路における入力と出力の比のことである。英語のままゲインとも呼ばれる。

一般的な利得という言葉と異なり、出力の方が入力よりも小さい場合も利得と呼ぶ。その場合、利得を1より小さい値で表す。デシベルならば0dB以下となる。

※3：負帰還(ふきかん, 英：Negative FeedBack)とは、

オペアンプにおいて出力信号の一部を入力に戻し、入力信号と逆位相で合成する事によって、出力の振幅を抑えて増幅回路の特性を改善する事。

2. シミュレート！

iCircuitを使ってオペアンプの動作をシミュレートてみました！

図2-1、2-2共に上段がオペアンプの内部回路で下段がオペアンプの等価記号です。上段下段それぞれのオペアンプについて同じ組合せの電圧を入力しています。

VCCに+15V、VEEに-15Vを加えて実験しました！

2.1 正電圧入力

(-IN,+IN)入力端子に(0,1V)→(1,0V)→(1,1V)と電圧を加えています。

出力端子の電圧は(+INの電圧が高ければ+15V)→(-INの電圧が高ければ-15V)→(+INの電圧と-INの電圧が同じなら0V)が右側の負荷(100Ω)に出力されます。

図2：オペアンプの入力端子に正電圧を加える

2.2 負電圧入力

(-IN,+IN)入力端子に(0,-1V)→(-1,0V)→(-1,-1V)と電圧を加えています。

出力端子の電圧は(+INの電圧が高ければ+15V)→(-INの電圧が高ければ-15V)→(+INの電圧と-INの電圧が同じなら0V)が右側の負荷(100Ω)に出力されます。

図3：オペアンプの入力端子に負電圧を加える

CDSはお手軽に明暗を測定出来て便利ですが、厳密に明るさを定量化する為には「フォトトランジスタ」が必要になってきます。

フォトトランジスタを使う為には「電流/電圧変換回路」が必要になります。

電流/電圧変換回路を使う為には「オペアンプ」が必要に・・・。

と言う感じにオペアンプから調べてみました

オペアンプを使った「定電流回路」も興味深いです！

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