Confidential c 2014 ROHM Co.,Ltd. All Rights Reserved OP アンプ応用回路の再生術 2014年10月8日佐藤尚一アナログ技術者の不足・就職、配属等の問題・工期、コストなど製品化の諸事情（特に技術以外の）・所属組織の仕事のスタイル（全部外注とか・・・）その他・・・回路の得意な人が設計の仕事に就けるとは限らない、回路の得意な人を設計担当にできるとは限らない対処法は？難しいことが簡単にできる時代だが・・・・アナログ回路は理屈通り動かないことも多い・シミュレーターを活用コピペはリスク大・ブロックごとの試作と動作確認が望ましい新規設計には１週間程度は覚悟 OPアンプ数個でもなぜか？ OPアンプは回路設計が必要 OPアンプは回路の一部 VDD 入力一般の IC IC開発時に動作を評価・確認済み出力 RやCと同様の部品デジタルICなどは完成品実績のある設計済みの回路を使いたいしかし・・・・オリジナル設計者不在・動作原理も不明・実績だけが理由で使われ続けている不明な回路に遭遇、どうする？まず、電源をつなげ検証の一歩・できる限りオリジナル通りの電源を用意する・DC-DCコンバーター等を活用上記を強く推奨電源電圧の変更は新規設計の覚悟をせよ！以上、ちゃんちゃんそれでもやらなければならない場合、注意点とは？ IC化から半世紀 OPアンプの歴史は非常～に長い ±１５V 数千円（OPアンプ）アナログ回路中心算盤、計算尺東西冷戦＄１＝￥３６０（固定）電電公社＋５V以下、単電源＜１０円マイコン中心パソコン、シミュレータ ”ベルリンの壁”崩壊＄１＝約￥１００（変動） NTT 応用回路はほとんど半世紀前のスタイル見落とすな！OPアンプには電源が必要＋電源電圧VDD，VCC 入力電圧 VI 出力電圧 VO ー電源電圧VSS，VEE あたりまえ？教科書 (理想OPアンプ) には無いシミュレーションでは無くてもOK OPアンプは電源電圧が変っても動作可能（型番ごとに上限と下限が決まっている）入出力電圧は±の電源電圧を超えられない＋電源電圧VDD，VCC 入力電圧 VI 出力電圧 VO ー電源電圧VSS，VEE シミュレーションでは制限なし入力電圧（＊）、出力電圧ともに＋／－の電源電圧を超えることはできない入出力電圧が有効な範囲には”余白”がある VDD 無効 VＯＨ同相入力電圧範囲 Vｉｃｍ最大出力電圧 Vｏｍ VＯＬ VSS 無効余白（無効な範囲の電圧）は入出力できない電源電圧が下がっても余白はそのまま余白も小さく VDD VＯＨ Vｉｃｍ Vｏｍこうならない VＯＬ VSS 変らないつぶれてしまう電源電圧なりに信号を小さくしてみると･･ VDD ノイズに埋もれてしまう最大値 VＯＨ最小値 VDD ノイズより大きいＧＮＤノイズ VＯＨＧＮＤ信号ノイズやオフセットは電源電圧が変っても同じまま最小値（オフセット、ノイズ、誤差）に注意！他の部品の動作電圧にも注意！ VOよりVF高い VF VO VZ ツェナー電圧VZは６V前後が多いその他、トランジスタのVBEやFETのVGSなどタイミングや電流の基準が変ることがある I C VO1のしきい値を検出 R VO２ VO１ VOH VO2 I t VO1  , I C R ①電圧が充電電流と充電時間に比例 VOL ②充電電流は出力電圧に比例電源電圧の影響を評価すべしフルスイング型OPアンプが救世主 VCC＞４V 1～ 3V 2～ 5V Vｉｃｍ Vｏｍ 1～ 1～ 3V 3V VEE＜－４V （ａ）従来型（ＢＡ４５５８） VDD＞0.9V 0.1V 0V Vｉｃｍ Vｏｍ出力側は無効な領域がある 0.1V 0V VSS＜－0.9V （ｂ）フルスイング型（ＢＵ７２６２）（おまけ）明確な振幅制限に使える VOH VOL フルスイング型OPアンプの出力特性を利用するとこのような振幅制限が簡単にできるダイオード等の代わりになる単電源型は従来型も動作電圧が低い VDD＞0.85V 0.1V 1.2V V ＞1.5V CC ±1.5V 動作では中点に達 1.5V する Vｉｃｍ 0V 1.5V Vｉｃｍ Vｏｍ 20mV VEE＜ｰ1.5V （ａ）単電源従来型（ＢＡ２９０４） Vｏｍ 0.1V 0V VSS＜－0.85V （ｂ）出力フルスイング型（ＢＵ７４６２） ACには低飽和出力電圧型が使える VCC＞１V 入力側は従来 1V 型と変らない。反転増幅器な Vｉｃｍどに使う。最低動作電圧＝使用可能な電圧、ではない 1V 0.5V Vｏｍ 0.5V VEE＜－１V （ａ）低飽和出力電圧（BA2115/BA4510）従来型OPアンプの出力回路を改造して無効な領域を減らしたもの。電圧を低くするだけで高速化？電圧 VCC高 VCC低 SR: 歪まない最大振幅の正弦波のt=0における接線の傾き ΔV／Δｔ［Ｖ／μｓ］時間電源電圧なりに信号の振幅を下げてしまえばSRは低くても良い単電源動作が好まれるが・・・ ±電源がOPアンプのメリット ±の電圧を出力できるからしかし・・・（なので・・・）単電源は無理に使うことになり、大変特に定番の2904/358はかなりクセモノ OPアンプの電源は正負非対称で良い同相入力電圧や出力電圧が動作可能な範囲ならばよい非対称でよい OPアンプにはGND端子が無い電源のGNDがOPアンプのGND GNDと定めたところがGNDとなる＊電源の投入順序等が定められている場合があるのでマニュアルに従ってください VSS=0Vとすれば電源は一つで済むバッファフローティング（ａ）”真の”単電源（ｂ）仮想グラウンド実質的に±電源と同じ出力を０Vにするために±電源が必要ＩＯＶＯ負荷ＶＥＥ OPアンプ内部が超伝導で無ければ VO=0Vは不可能単電源型であってもVO=0Vは不可能 ±1.5V 動作では中点に達する ”C級” 出力段に注意 VCC＞３V 1.5V VDD＞1.7V 0.1V 1.2V 1.5V Vｉｃｍ Vｉｃｍ 0V Vｏｍ 20mV VEE＝０V （ａ）単電源従来型（ＢＡ２９０４） Vｏｍ 0.1V 0V VSS＝０V （ｂ）出力フルスイング型（ＢＵ７４６２）動作点のかさ上げ（バイアス）は意外と難しい A/D GNDから浮いてしまう OPアンプ回路の GNDをかさ上げ A/Dの基準電位と異なる気にしないのが一番 10mV／℃の温度センサ ×５倍入力電圧範囲０～５V A/D 0℃： 0mV 2℃： 20mV 10℃：100mV 100℃：1V 0℃： 0mV 2℃： 100mV 10℃：500mV 100℃：5V センサを選べば室温付近（＞おおよそ2℃）は問題ない OK！交流には”中点バイアス”も有効 VDD／2 A/D 直流カット VDD／2 中心に± で振れるオーディオ等でよく用いられる VDD Cで結合すると出力電圧は±で振れる中心電圧から ±で振れる VDD VDD／2 VDD／2 中心に± で振れる中心電圧を決める何もしないと0V バイアス回路がノイズの原因になるレギュレータやフィルタを介して直流電圧を与えるとよい VDD 反転増幅器の＋入力端子に信号を入力すると非反転増幅器として機能する（参考）単電源非反転増幅器 VDD (この、バイアスの処理は感心しない) 反転増幅＋中点バイアスの回路と同じ負荷の接続場所で動作が変る VOH VOL （ａ）出力電流は双方向（ｂ）出力電流は一方向流出方向でVOH、流入方向でVOLの制限を受ける単電源でC結合の負荷は±電源と同じ出力電流は ±方向に流れる BA2904等ではひずみが発生バイアス電位 GND電位 (0V) 出力電圧は０Vを中心に ±に振れる（参考）BA2904/BA10358のひずみ対策（C級出力のA級化） C級出力バイアス抵抗大き目の電流をここに流し OPアンプの出力電流が常に流出方向になるようにする A級出力（参考）BA2904/BA10358のVOL-ISINK特性 VOL 段がある VOL 0.7V ISINK 50μA (a)BA2904/BA10358 ISINK ISINK (b)BU7462･BU7262等図の回路ならばISINK方向には流れない、しかし一般には不可能。たとえば・・・ VOL IB 同じ2904がつながる場合、IBはISINK方向おうちで実験、がオススメですアナログ回路設計を楽しみましょう！