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オペアンプとコンパレータ [アナログ]

オペアンプとコンパレータの違いってなんだろう?

まず動作目的が違う、

オペアンプは入力差がないように制御するのに用い、

コンパレータは違っている分を出力するのが目的です。

オペアンプは2つの(不思議なことにそれ以上のものも希にはある)入力を持ち

+とーの信号方向がある +をーより高くすると出力は+に振れる

(これも希に逆転出力も持ち平衡出力のものもある)

+をーより低くすると出力はーに振れる。

この時の入力電圧差は完全にゼロではなく「オフセット」を持つ、更にオフセットは何かの理由で(温度が多い)

変化する「オフセットドリフト

オフセットは「電圧」性と「電流」性があり 、オフセットドリフトにも同じようにある。

入力回路が動作するためには入力インピーダンスが真の無限大でない限り、電流を吸い込んだりはき出したりする「バイアス電流」がある。

これらは入力に繋がる抵抗や帰還する抵抗に流れ入力とは違う電位を生じる。

この電位が入力動作以内で制限値より十分余裕が有れば入力バイアス電流は問題にならない。

さらに安定していれば、安定した電流源より打ち消すことも出来る。

動作機序はあくまで+とーの入力電圧差(電流の場合もある)であるので

どちらかを基準(そうならない回路もある)としてキャンセリング回路を組む。

+とーの入力電圧差と出力の電圧の感度比をゲインと言うが周波数の高いところで

ゼロになる、これがゲイン帯域幅積、この時位相回転余裕が無いと安定に成らない。

低いところでゲインが無限大になるかというとそうは成らず最大ゲインで回路の能力の限度に達する、

低すぎて書いていないこともあるが、特に低いところを使う場合に問題になることがある。

出力は内部回路定数の関係で上昇下降の勾配限度「スルーレート」があり

これを越えることが出来ず振福が大きくなるに従って、上限周波数が低くなる。

オフセットがないと仮定して、入力 +とー 同時に信号を入れると 、

出力には信号が出ないはずであるが、

内部のアンバランスによって周波数に比例的に誤差「CMMRがさがる」 がおおくなる、

さらに重要なこと入力信号 出力信号が 電源電圧に近づくに従って、問題が起こる。

大体、0.1Vクラスまで接近できるものをレイルtoレイルと言いそれぞれ入力と出力がある。

特に-側のみに注目したものは単電源型という。

あるいは-側電源を越えた場合+-信号の増幅方向が逆転することがある。

この超えている範囲を「逆負荷」とも言い 、回復するのに時間が掛かる。

他には小信号特性、外信号「大振幅」信号特性 に違いがあり動作範囲によって考慮して下さい。

 

特別な用途には入力部やその補正回路にチョッパアンプや同期接地回路を用いて

オフセットを特別に少なくしたものがあり、超高精度型と言われたりしている。

内部回路の関係で5Vを電源とするものとそれ以外の高い電圧まで使えるものがある。

ICL7650CPA MAX430 など から出始め 電圧の低い分は出力から両電源にブーストする形の

電源回路を設け高電圧範囲を達成することが多く、色々な名機と言われる測定器にも見受けられた。

内部回路の関係で高い周波数特性と超高精度を併せ持つものもあるが、非常に高価である。

 

最後にオペアンプ入力部に外附しそのオフセットをキャンセルしてしまう素子もあった、

使ったことがないので、評価は出来ません。

 

コンパレータは入力電圧(電流)が違っていることが普通で過電流を避けるように

直列抵抗などを入れたりします。

変化する電圧の違いを素速く出力に伝えます。

(オープンコレクタが多くロジック回路電源からのプルアップが多いが、専用差動出力を持つ物もある)

これらは低い周波数で水晶発振に使われたりもします。

また、GNDを越えて負側に入力されても 、出力が逆転しないものが多い。

 

 

 

 

 

 

 


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