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オフセット&フルスイング実力テスト    
単電源オペアンプの入出力特性を調べる

2016-03-24

※トランジスタ技術2015年12月号への投稿原稿から抜粋

●掲載されたトランジスタ技術 2015年12月号

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その目次から
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●関連図

・入出力の状態を調べるための回路




・試験回路



・三角波発生回路原理図



・三角波発生回路 回路図




●調査方法の概要 (記事の原稿から要点をピックアップ)

    ※詳しくはトランジスタ技術2015年12月号の記事をお読みください。
      バックナンバーで入手可能です。

理想アンプの出力と反転入力をつないでバッファ・アンプとして使ったとき、
0Vを入力すれば出力も0Vになるはずです。
これをミリボルト単位で見たとき、単電源アンプと分類されていても微妙に
出力が0Vにならないアンプが存在するのです。
入力の性能だけでなく、出力段の飽和電圧が0Vまで下がりきらないのが
原因です。
もうひとつ。
0Vから電源電圧まで振る大信号入力を加えた時、どのくらいで出力が飽和
するのかも観察してみました。

【図2】が0V付近の挙動を調べるために作った回路です。
微弱信号をオシロスコープで安定に見るため、
   (1)入力信号を1/10してアンプに加える。
   (2)アンプの出力を10倍増幅して観察する。
というふうにしました。
オシロスコープの電圧レンジを100mV/divにして観察すると、画面に現れる
波形は10mV/divで見たアンプの入出力信号になります。

【図3】は大信号入力での挙動を観察するための回路です。
アンプの非反転入力(入力信号)と反転入力(出力信号)の差を計装アンプ
(差動アンプ)で10倍に増幅し、変化をオシロスコープで観察します。

【図4】が組み立てた回路です。U3、U4ともFET入力のアンプなので、調査
対象アンプの負荷はほぼゼロです。
調査するOP-AMPの電源は、3端子レギュレータで5Vを供給しています。


▼ゼロボルト付近の挙動

低周波発振器から三角波を出し、マイナスのピークを-50mVにします。
この電圧が1/10され、アンプには-5mVが入ります。
プラスのピークは0.6Vで(アンプの入力では60mV)です。
周波数約128Hz、電圧軸はオシロスコープ画面の1divが10mVとなります。
【波形1】がその結果です。


▼大信号入力での挙動

低周波発振器から三角波ではなく、この波形観察のための三角波発生回
路を作ることにしました。
【図5】がそのブロック図です。
観察対象となるアンプの電源電圧とGND電圧をコンパレータで比較して、
設定範囲のピークを持つ三角波を得ます。
【図7】がその回路です。
CMOSアナログ・マルチプレクサ4052のために±8Vの電源で動作させてい
ます。
調査するアンプの入力と出力はオシロの電圧軸そのままで、10倍に差動増
幅した入力と出力の差は1divを10mVとして読みます。
オシロ波形は、三角波が0Vから上昇し5Vに到達してから少し低下するところ
までを表示しています。
周期は約1.4秒です。【波形2】が観察結果です。


■観察結果 (pdfで)
【表1】W_01.pdf へのリンク  ゼロボルト付近の挙動
【表2】W_02.pdf へのリンク  大信号入力での挙動


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