汎用オペアンプ

電圧監視機能に該当するのは、電気信号を追跡し、システムを確実に安全かつ規定の制限領域内に維持することです。周囲の部品の損傷を防止してダウンタイムを回避し、効率的なシステムを維持するには、このプロセスが不可欠です。各種オペアンプは、産業用パワー ディストリビューション、試験 / 測定機器、モーター ドライブなど多くのアプリケーションで高精度の電圧検出を確実に実現します。

多様なアンプ トポロジにわたって、電圧監視を実行できます。たとえば、大きい電源電流を引き込まずに、または回路に負荷をかけずに、電圧を測定するときは、バッファ構成を使用できます。または、オペアンプをコンパレータとして使用し、監視対象信号が特定の電圧スレッショルドを上回っているか下回っているかを判定することもできます。

2 つの入力電圧を供給する場合、1 個のオペアンプを使用して 2 つの信号間の電圧差を増幅することができます。通常、ある種の抵抗ネットワークは、一方の信号をもう一方の信号から差し引く設計を採用しています。差動アンプは、次の 2 つの方法のいずれかで実装できます。外部抵抗やコンデンサを使用するディスクリート方式と、回路全体を 1 つのチップ上に製造する統合方式です。後者は複数の入力信号の間で高い精度を実現します。

該当するアプリケーションは、医療用計測装置、オーディオ システム、データ アクイジション (DAQ) システムなどです。医療機器のオペアンプは高いゲインと優れた同相除去能力を必要とするのに対し、高精度 DAQ システムではシグナル インテグリティを維持するために小さい入力オフセットが必要です。 

電流センシングは、回路内の電流の流れを測定します。多くの場合、モーター制御、バッテリ管理、電源などの重要なアプリケーションで採用されています。オペアンプは、1 個のシャント抵抗 (電流センシング抵抗) の両端間で生じた電圧降下を増幅し、電流に比例する電圧を高精度で読み取ります。既知の抵抗値を使用すると、その出力電圧から元の電流を計算できます。

電流センシングの場合、オペアンプが小さい電圧降下を取り扱えるように、小さい入力オフセット電圧や小さい入力バイアス電流という特性を達成し、高精度の抵抗を使用するのが望ましい方針です。そのため、シャントの両端間で数 mV の電圧降下を特性評価できるように、差動アンプ トポロジが役立ちます。

アクティブ フィルタは、オペアンプを抵抗やコンデンサと組み合わせて使用し、信号の周波数応答を形成します。パッシブ フィルタとは異なり、アクティブ フィルタは信号を増幅するため、ゲイン帯域幅と安定性の点で性能が向上します。オペアンプには、大きい入力インピーダンスや小さい出力インピーダンスなどの要因があるため、外部回路部品の必要なしで高精度のフィルタ特性を実現できます。

フィルタリング アプリケーションでオペアンプを選定する場合、高帯域幅などの仕様を規定すると、広い周波数範囲にわたる信号処理が可能です。システム内でシグナル インテグリティを維持するには、低ノイズが望ましいことがあります。

温度や圧力のセンシング アプリケーションでは通常、物理的な量を、測定可能な電気信号に変換する必要があります。温度センシングの場合、設計で熱電対を使用することもできます。それに対し、圧力に敏感なアプリケーションでは、圧電 (ピエゾ) センサまたは静電容量式センサを使用してアナログ データをキャプチャします。

オペアンプは、物理的な事象を取り扱うこれらのセンサから読み取った信号を増幅します。その結果、以下の回路部品を使用して増幅済み信号を簡単に処理できます。小さい入力オフセットや小さいドリフトを達成すると、条件の変化や経時的変化が生じても高精度の測定が可能です。アプリケーションによっては、シグナル インテグリティを確保するために低ノイズが必須になることがあります。

A/D 変換に使用する信号を準備するために、ADC に渡す入力をバッファして増幅するうえで、オペアンプは重要な役割を果たします。ADC からの読み取り値を最適化するには、ADC に渡すデータが低ノイズかつ読み取り可能であることが必要です。ADC は多くの場合、入力が規定範囲内にあること、および電圧が特定のインピーダンスであることを必要とします。そのため、この条件を満たせるように、オペアンプを使用してシグナル コンディショニングを行います。

アンプを使用して信号を読み取り可能な水準に昇圧します。また、アンプの低出力インピーダンスという特性を活用して ADC を駆動します。インピーダンス マッチングを実施すると、ADC の入力に負荷が影響を及ぼさなくなり、信号の歪みを確実に防止できます。ADC は多くの場合、動作するために特定の大きさの電流を必要とします。オペアンプには、ADC を駆動するための出力電流を生成し、維持する能力があります。