一番コンパレーターとオペアンプの内部
回路を外します
この2つは
JRCの
ngm2901これは4個入りの
コンパレーターそれから
njm2904
丹電源オペアンプこれは2回路入ってい
ます
パッケージとしましてはこのように3種類
ほどあります
挿入タイプとメイン実装とさらに小さくし
たものですこのピン配列はこのようになっ
て4個のコンパレーターが内蔵されてい
ますこちらの方は
8ピンで
2個のコペンアンプが内蔵されている
ブロック図になります
どちらも入力は
ダーリントン接続の
ダーリントン接続すなわちトランジスター
が2
段接続された
作動アンプですのでまず作動アンプの動作
について説明していきます
2番npnトランジスターによる作動増幅
回路作動増幅回路は特製の等しい2つの
トランジスターのエミッターを共通に接続
しこの2つのトランジスターのベースに
加えられた電圧差を
増幅する
回路でコレクターの出力に増幅出力が出て
きます
[音楽]
まずこちらの回路で一方のベースを
1.5Vに固定して他方のベースを
変化させることに変化させるとどのような
特性になるかを見ますこの変化させる電圧
はこの1.5Vの
プラマイ0.3vをこういう風に動かした
ものですそしてこの1.5Vの時
は左右とも1.5Vですので
均等に
ベース電流が流れますこれは
エミッターに
付けられた電流源が1mmaでこの1mm
アンペアを引っ張ることによってベース
電流がそれぞれ
3.5マイクロアンペアずつ流れますこの
部分が
1.5Vベース電圧1.5Vのところで
ベース電流はこの
ibq2と
ibq1ここの部分で
この交点に
では3.5マイクロアンペアが流れます
そうするとトランジスターの増幅作用に
より
コレクターエミッターには
この1mmaの電流源の半分ずつ
0.5mmアンペアこちらも0.5mm
アンペアが流れますその結果
負荷抵抗をつけておくと
ここに電圧降下が
出ますそして
ここのベース電圧をこう変化させると
ベース電流もお互いにこう変化します
そして
お互いのコレクター
電流もこのように変化します
その結果出力電圧
vo1も
vo1とvo2はこうお互いに変化します
電流源が1maと一定ですのでこの流れる
電流は
こちらが
合計は1maになりますのでこちらの電圧
が高くなるとこちらの
電流がたくさん流れてほとんど
1ミリアンペア流れるとこちらは
0電流になります
これが作動アンプの基本特性
です
次にこちらの図では
コレクターの
負荷抵抗はそれぞれ1キロを戻したがここ
では
カレントミラーを
接続しますこれを
アクティブロードと呼ぶ場合もあります
すなわち
それぞれ1ma流れますけれどもこちらに
1ma流れた時にカレントミラーでこちら
に電流を流します
この回路では
負荷抵抗は別の電源に
接続されて電流が流れますその結果こちら
に全部流れた電流は同じようにこちらに
1ma流れますそしてここの電圧が下がっ
た時にはこちらの電圧ベース電圧が高いの
でこちらに電流が流れますこれも最大
1mmaですその結果この出力の
抵抗には
プラス側に1mma-側に1ミリアンペア
流れますので
出力電圧としては2倍の
2ボルト
PPのここに2ボルトBPの電圧が発生
することになります
通常は
電圧が2倍になりますのでこういう
質感を使います
[音楽]
こちらの回路は今まで
電流源を
記号でやっていましたがこれはこれは実際
に回路として作った場合ですこれはこちら
のカレントミラー回路の一方に
抵抗を調整して1ma流れるようにします
とカレントミラーの効果でこちらにも
1mma流れますその結果これが1mah
の電流源となります
動作はこちらと全く同じで
この
負荷抵抗は
プラスとマイナスに1MAを流せますので
このように
約2ボルトの電圧変化となります
[音楽]
こちらのベース電流の変化は
こちらも同じです
[音楽]
これも全部同じようにベース電流は流れ
ます
3番目BNPトランジスターによる作動
増幅回路
今度は
作動回路をPNPで構成しますPNPの
トランジスターが2個で同じように
エミッターを
接続してあります
PNPの場合はエミッターからベースに
電流が流れますので
エミッターの
低電流源は
電源5Vから
供給されるように
接続しますそしてコレクター
と
抵抗を
介して
グランドに
電流が流れていきます同様に一方を3Vの
固定電源として他方を
変化させますこれも3V+
-0.3vで変化させたものですそうする
と
ベース電流は
3Vの時は
同じ電流が流れて16マイクロアンペア
こちらにも16マイクロアンペアその時に
低電流源1mmAは半分ずつの
0.5ミリアンペアずつ流れますそれが
この点ですそれがこの点です
抵抗が1キロですので
v1v2とも
0.5vになっていますそして
このこちらの
Q1のベースの電圧を上げていくと
PNPの場合はベース電流がこちらが
減って
減っていってこちらが増えていきますので
こちらの
負荷に流れる電流も同じようにこちらは
減っていってこちらは増えていきますそれ
が
R1に流れる電流はこちらで減っていき
ますが
R2に流れる電流はこのように増えていき
ます
PNPの場合
増幅率が
低いのでベース電流は多めになっています
こちらの場合も
負荷にアクティブロードカレントミラーが
をつけた場合でこれの場合も
こちらの電圧が下がると
電流がたくさん流れてカレントミラーで
流れて
負荷に
こちらの方に流れますそして
こちらの電圧が上がるとこちらの電圧が
相対的に
下がったように見えますのでベース電流が
増えて
コレクター電流も増えます
その結果特性としては
[音楽]
94のベース電流が
増えて増えた時に
コレクター電流もたくさん流れますので
[音楽]
V3の電圧は
[音楽]
V3の電圧は
高くなります
インの電圧が下がると
ベース電流が増えて
カレントミラーに流れて
負荷抵抗の電流はこちらに流れますので
ここの電圧は下がっていきます
V3これこれがV3です
下がっていきます
ここでもこの出力電圧は2ボルト
[音楽]
1.84vで2V近くの電圧がここに得
られます
これが2ボルトにならないのはカレント
ミラーの
こちらの電流が実際は1maよりもすごく
少なくなるために
少し電圧は
低い目に出ます
そしてこちらも同じように
この電流源をカレントミラーで
作った
回路でこれが実際の
回路になります
4番目作動
付近の入力インピーダンス
この作動増幅器の入力のインピーダンスが
どれぐらいあるかを
シミュレーションで計算してみたいと思い
ます
計算はこの入力の電圧変化に対してベース
電流がどれだけ変化したかを見ます
デルタVeinとデルタインこれを割り算
ここに割り算がないここを割り算すると
インピーダンスが出てきますそれはこちら
のメジャー関数で
ここ
の電圧線ここのセンター
付近の電圧の前後を見てみます
ここでは49マイクロセットと51
マイクロセック50マイクロセックの
ところがベース電流が3v3vですので
この前後の電圧変化とそれから
その差ですねそれから
ベース電流この
抵抗の電流にしてますけども
抵抗の電流が
49マイルクロセックと51マイクロ
セットの時の変換を値を見てそれを
デルタ部品割る
デルタアインで
計算しますその結果がこちらになります
49マイクロセックの時の
入力電圧が
2.99451マイクロセックの時が
3.06でおおよそ
[音楽]
0.01212mmボルト変化させた時に
電流は
1.8マイクロアンペア変化したことに
なりますそれを割り算すると
64126.41kmオームになります
これが入力インピーダンスです
これは実際は
ダーリンとの接続トランジスターが2個
ずつ接続された回路でこれによって
電流増幅がさらに大きくなるということは
ここの電流がさらに小さくなるベース電流
がさらに小さい状態で全体を
駆動することができますその結果
この同じ電圧入力電圧のに対して電流は
このこれぐらい小さくなりますこれは
0.08ですから
[音楽]
0.013マイクロアンペアの電流変化に
ベース電流の変化になりますそれを
0点
014マイクロですねその結果入力
インピーダンスは880kg
Ωになります
[音楽]
実際の回路では
この
電流源は1mmではなくてさらに1/10
とか1/20とかさらに少ないので入力
インピーダンスはさらに大きくなると
考えられます
ここで使ってます
トランジスターのパラメーターを見てみ
ますとBFという電流増幅率は
456倍になっています
ここら辺の計算ではそんなに増えません
これは最大値ですけども
この
ダーリンとの接続にすることによって
だいたい100倍以上の
電流が増幅されますのでインピーダンスは
相当高くなります
5番目njm
2901コンパレーターの動作を説明し
ます
この
ICの特性図が仕様書にありましたので
それに基づいて考えてみます
このコンパレーターの
入力
+側はグランドに
接続されて
マイナス側が部品になりますそして
負荷抵抗として
5.1kmオームが
接続されていますそのマイナス電圧が
マイナス100mvから0に上がると
出力は5Vから
0vに
下がる
ようなをなってますで
応答時間が
少しあります逆に入力電圧が100から
0に下がった時には出力が
0から5Vに立ち上がるような特性が出て
いますそしてそれを調べるために先ほどの
回路に
コンパレーターの出力である
トランジスターを
追加していますこれは
反転
反転トランジ
反転増幅のトランジスターが2席とついて
それで負荷に
5.1kgがついた状態ですこの出力
トランジスターは
他のトランジスターの4
倍の面積で電流をたくさん流れるようにし
ています
ちなみにこのコンパレーターのシンク電流
は最大16mmAですので4
倍のトランジスターを使いました
入力は
プラス側が
グラウンドに接続されてマイナス側が電圧
変化をしますここの電圧が上がった場合
このベースが上がりますので電流はこちら
に流れることによってこちらに流れますの
でここの電圧は下がりますここが下がると
反転するのでここは上がりますでここが
上がるとこのトランジスターがオンして
この出力が下がりますそれが
この特性になります
6番目
ngam2904オペアンプの動作を見て
みます
このOPアンプの仕様書の動作波形はこの
ようになっています
回路としてはトラス入力は
出力回路と接続されていますので
マイナスに入力された
包茎葉が
その方同じ形で出力されるようになってい
ますこれが入力による入力回路の平均波で
出力がこのように
傾斜がつきますこれはこのアンプがそれ
ほど周波数特性が高くないのでこのように
なだらかになっています
これを
回路を
推測して作ってみました
こちらの作動増幅器の出力に
トランジスターがありますがこれで
PNPで一貫
一旦ベースからの電圧を
エミッターで
エミッターフォロワーで
上昇させて今度はPNP
npnトランジスターで
元に
元の電圧に戻してそいでそしてこの
トランジスターで
増幅します
その結果を
上のトランジスターの
ダーリントンのエミッターフォロワーで
出力に出すとともに
PNPトランジスターでも出力を
引っ張ることによってここに
低インピーダンスの出力回路ができます
回路はこの出力を少し
抵抗を入れますが
入力に
返しています
その結果は
このように入力
プラスインになってますか入力に対して
出力出力はこのように
少し
遅れる特性が出てきますそしてオペアンプ
は通常中で
フィードバック用のコンデンサーを
入れていますその結果
特性的にこういう風に
遅れてきますこれはしかし
発信発信防止のために周波数特性を少し
落として
動作させるようにしているよう
[音楽]