2021.10.11

OPアンプで実験(1)　40dBの電圧増幅①

　OPアンプで電圧増幅回路を組んで、特性を測ります。

　実現する回路には上記の2種類があり、それぞれ特徴がありますが、ここでは反転増幅回路を使います。

●反転増幅回路で40dB

　OPアンプは、安価なオーディオ用NJM4580DDを利用します。DIPの形状をしているので、そのままブレッドボード上で実際の回路を組み立てられます。
　信号は、入力に対して出力が反転します。
　増幅率は40dBと、高く取ります。電圧増幅なので、

　　　増幅率[dB] = 20 log増幅率 = 20 log (出力電圧/入力電圧) = 20 log(R2/R1)

　logは常用対数（10を底とする）です。
　回路図です。

　抵抗の値を10kと1MΩにして、増幅度を計算します。

　　　R2/R1 = 1M / 10k = 100
　　　log(100) = log(100) = 2
　　　増幅率[dB] = 20 * 2 = 40dB

●NJM4580DDの主なスペック

　このOPアンプは、動作するには、通常プラスとマイナスの電源が必要です。最近のOPアンプは、プラスマイナス5Vで動作する製品が増えてきています。古いこのアンプは、±12Vや15Vで利用することが多かった時代の製品です。

　RIAAというのは、LPレコードの低域、高域補正曲線をさし、60dBぐらいの高い増幅をするので、雑音が低いことが望まれます。

　typ.はtypと略されることもありますが、typical＝典型的なもｓくは標準値を訳されます。通常、min.（minimum）＝最小値、max.（maximum）＝最大値とともに使われます。

　広利得帯域は、通常GBW＝利得帯域幅と表現され、単位はMHzです。数値が大きいほど、高い周波数まで信号が扱えます。

　歪率（ひずみりつ）は、THDなどと表現され、真空管アンプでは0.1%程度ですから、OPアンプは大変ひずみが少ないです。

　スルーレート（SR）は、GBWとともにOPアンプの性能を示す指標の一つです。多く場合単位はV/μsです。CMOSなどでは3桁ほど低い値になります。

　バイポーラ構造は、すべての素子がBJTで構成されているOPアンプです。先頭の差動増幅回路部分がFET、もしくはすべての素子がFETでできたOPアンプもあります。

●組んでみた

　8ピンDIPのICは実験に使いやすいです。最近のOPアンプに限らずはSmallサイズのパッケージに入っていたり、リード線のない製品が増えてきました。パッケージの横に接点があれば手はんだできますが、底面にしかはんだ付けができないのは、専用のブレークアウト・ボードがないと実験ができません。

　このNJM4580DDに限らず、2個入りの製品が流通しています。1個使ったら、製品化するときなどではもう1個は、入出力端子の処理をしなければいけませんが、ここでは何もしません。

●測定その1

　電源電圧は±5.0V、発振器50mVp-p、1kHz、正弦波を入力端子10kに入れました。

　50mV*20dBなので、5Vの出力が観測できるはずでしたが、オシロスコープの青色が出力で、4Vp-p付近でクリップしています。

　クリップした理由は、古いOPアンプは、電源電圧と同じまで出力をスイングできないからです。電源電圧の95%以上の出力電圧が欲しい場合は、レール・ツー・レールと書かれたOPアンプを使います。

●測定その2

　電源電圧のプラス側を上げて8V、マイナス側はそのままで-5Vにしました。
　プラス側の出力波形（青色）はクリップしなくなりました。

●測定その3

　電源電圧のプラス側は8V、マイナス側を上げて-8Vにしました。
　出力はクリップしなくなりました。

●測定その4

　電源電圧を±15Vにしました。
　波形に何も変化はありません。

●測定系

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