Op-Amp （オペアンプ） は、アナログ電子機器のバックボーンです。オペアンプは、抵抗フィードバックを使用して差動入力からの電圧を増幅するDC結合電子部品です。オペアンプは、さまざまな方法で構成でき、さまざまな側面で使用できるため、その汎用性で人気があります。オペアンプ回路は、帯域幅、入力および出力インピーダンス、ゲインマージンなどのいくつかの変数で構成されています。オペアンプのクラスが異なれば、それらの変数に応じて仕様も異なります。さまざまな集積回路（IC）パッケージで利用できるオペアンプはたくさんありますが、一部のオペアンプは1つのパッケージに2つ以上のオペアンプを備えています。 LM358、LM741、LM386は、一般的に使用されているオペアンプICです。オペアンプの回路については、オペアンプ回路のセクションをご覧ください。
オペアンプには、2つの差動入力ピンと1つの出力ピンと電源ピンがあります。これらの2つの差動入力ピンは、 反転ピン または負および 非反転 ピンまたは正です。オペアンプは、この2つの入力ピン間の電圧差を増幅し、Voutまたは出力ピンの両端に増幅された出力を提供します。
入力タイプに応じて、オペアンプは反転増幅器または非反転増幅器に分類できます。以前の非反転オペアンプのチュートリアルでは、非反転構成でアンプを使用する方法を見てきました。このチュートリアルでは、反転構成でオペアンプを使用する方法を学習 します。
オペアンプ構成の反転
オペアンプは、入力信号に対して正確に180度位相がずれて出力信号の位相角を変化させるため、反転増幅器と呼ばれます。前と同じように、2つの外部抵抗を使用してフィードバック回路を作成し、アンプの両端に閉ループ回路を作成します。
非反転構成では、アンプ全体に正のフィードバックを提供しましたが、反転構成では、オペアンプ回路全体に負のフィードバックを生成します。
オペアンプ構成を反転するための接続図を見てみましょう
上記の反転オペアンプでは、R1とR2がオペアンプ回路全体に必要なフィードバックを提供していることがわかります。R2抵抗器は、信号入力抵抗であり、そしてR1の抵抗は、帰還抵抗です。このフィードバック回路は、差動入力電圧をほぼゼロに強制します。
フィードバックはオペアンプの負端子に接続され、正端子はグランドに接続されます。反転入力の両端の電位は、非反転入力の電位と同じです。したがって、非反転入力全体で、仮想地球加算点が作成されます。これは、地面または地球と同じ電位にあります。オペアンプは差動アンプとして機能します。
したがって、反転オペアンプの場合、入力端子に電流は流れません。また、入力電圧は、両方とも共通の仮想接地ソースであるため、2つの抵抗の両端のフィードバック電圧に等しくなります。仮想接地により、オペアンプの入力抵抗は、R2であるオペアンプの入力抵抗に等しくなります。このR2は閉ループゲインと関係があり、ゲインはフィードバックとして使用される外部抵抗の比率によって設定できます。
入力端子に電流が流れておらず、差動入力電圧がゼロであるため、オペアンプの閉ループゲインを計算できます。リンクをたどって、オペアンプの構造とその動作の詳細をご覧ください。
反転オペアンプのゲイン
上の画像には、2つの抵抗R2とR1が示されています。これらは、反転オペアンプとともに使用される分圧器フィードバック抵抗です。R1はフィードバック抵抗（Rf）で、R2は入力抵抗（Rin）です。抵抗器を流れる電流を計算すると、-
i =（Vin – Vout）/（Rin（R2）– Rf（R1））
Doutは仕切りの中点であるため、結論を出すことができます。
前に説明したように、仮想グラウンドまたは同じノードの加算点により、フィードバック電圧は0、Dout = 0です。したがって、
したがって、閉ループゲインの反転増幅器の式は次のようになります。
ゲイン（Av）=（Vout / Vin）=-（Rf / Rin）
したがって、この式から、他の3つの変数が使用可能な場合、4つの変数のいずれかを取得します。オペアンプのゲイン計算機を使用して、反転オペアンプのゲインを計算できます。
式に負の符号が見られるように、出力は入力信号の位相とは対照的に180度位相がずれています。
反転増幅器の実例
上の画像では、2つのフィードバック抵抗がオペアンプに必要なフィードバックを提供しているオペアンプ構成が示されています。入力抵抗である抵抗R2とフィードバック抵抗です。抵抗値が1Kオームの入力抵抗R2とフィードバック抵抗R1の抵抗値は10kオームです。オペアンプの反転ゲインを計算します。フィードバックはマイナス端子で提供され、プラス端子はアースに接続されています。
オペアンプ回路のゲインを反転するための式-
ゲイン（Av）=（Vout / Vin）=-（Rf / Rin）
上記の回路では、Rf = R1 = 10kおよびRin = R2 = 1k
したがって、Gain（Av）=（Vout / Vin）=-（Rf / Rin） Gain（Av）=（Vout / Vin）=-（10k / 1k）
したがって、ゲインは-10倍になり、出力は180度位相がずれます。
ここで、オペアンプのゲインを-20倍に増やすと、入力抵抗が同じになると、フィードバック抵抗の値はどうなりますか？そう、
ゲイン= -20およびRin = R2 = 1k。 -20 =-（R1 / 1k） R1 = 20k
したがって、10kの値を20kに増やすと、オペアンプのゲインは-20倍になります。
抵抗の比率を変更することでオペアンプのゲインを上げることができますが、 RinまたはR2として低い抵抗を使用することはお勧めできません。抵抗値が低いほど入力インピーダンスが低くなり、入力信号に負荷がかかります。典型的なケース4.7Kから10Kまでの値を入力抵抗のために使用されます。
高ゲインが必要で、入力の高インピーダンスを確保する必要がある場合は、フィードバック抵抗の値を増やす必要があります。ただし、Rfの両端に非常に高い値の抵抗を使用することもお勧めしません。より高いフィードバック抵抗は不安定なゲインマージンを提供し、限られた帯域幅関連の操作には実行可能な選択にはなりません。フィードバック抵抗には、標準値100kまたはそれより少し大きい値が使用されます。
また、高ゲインでの信頼性の高い動作のために、オペアンプ回路の帯域幅をチェックする必要があります。
加算増幅器またはオペアンプ加算回路
反転オペアンプは、オペアンプ加算増幅器などのさまざまな場所で使用できます。反転オペアンプの重要なアプリケーションの1つは、加算アンプまたは仮想アースミキサーです。
上の画像では、仮想アースミキサーまたは加算増幅器が示されています。反転オペアンプは、反転端子の両端でいくつかの異なる信号を混合しています。反転アンプの入力は実質的にアース電位であり、オーディオミキシング関連の作業で優れたミキサー関連のアプリケーションを提供します。
ご覧のとおり、さまざまな入力抵抗を使用して、負の端子間にさまざまな信号が加算されています。追加できる異なる信号入力の数に制限はありません。それぞれの異なる信号ポートのゲインは、フィードバック抵抗R2と特定のチャネルの入力抵抗の比率によって決まります。
また、さまざまなオペアンプベースの回路に従って、オペアンプのアプリケーションについて詳しく学びます。この反転オペアンプ構成は、アクティブローパスまたはアクティブハイパスフィルターなどのさまざまなフィルターでも使用されます。
トランスインピーダンスアンプ回路
オペアンプ反転増幅器の別の用途は、増幅器をトランスインピーダンス増幅器として使用することです。
このような回路では、オペアンプは非常に低い入力電流を対応する出力電圧に変換します。したがって、トランスインピーダンスアンプは電流を電圧に変換します。
フォトダイオード、加速度計、または低電流を生成するその他のセンサーからの電流を変換でき、トランスインピーダンス増幅器を使用して電流を電圧に変換できます。
上の画像では、フォトダイオードから得られた電流を電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器を作成するために使用される反転オペアンプ。アンプはフォトダイオードの両端に低インピーダンスを提供し、オペアンプの出力電圧からの絶縁を作成します。
上記の回路では、1つのフィードバック抵抗のみが使用されています。R1は高値のフィードバック抵抗です。このR1抵抗の値を変更することでゲインを変更できます。オペアンプの高ゲインは、フォトダイオード電流が抵抗R1を流れるフィードバック電流に等しい安定した状態を使用します。
フォトダイオードの両端に外部バイアスを提供しないため、フォトダイオードの入力オフセット電圧は非常に低く、出力オフセット電圧なしで大きな電圧ゲインを生成します。フォトダイオードの電流は高出力電圧に変換されます。
反転オペアンプの他のアプリケーションは-
- 移相器
- インテグレーター
- シグナルバランシング関連の作業
- リニアRFミキサー
- さまざまなセンサーが出力に反転オペアンプを使用しています。