オペアンプのオープンループ特性について - inara1

2012/05/26 (Sat) 10:47

知恵袋の質問にあるシミュレーションをやってみました。Tina-TIをバージョン9に
Upgradeしました（バージョン7ではOPA277とOPA121が使えなかったため）。

添付図は、入力信号をサイン波、振幅0.5mVpp、周波数10kHzとしたときの出力波形
です。オペアンプによって出力波形のDC成分が異なるのは、オペアンプ（シミュ
レーションに使ったオペアンプのモデル）によって入力オフセット電圧が異なるた
めと思われます。市販されているオペアンプは、理想オペアンプではないので、入
力オフセット電圧があるため、出力電圧にはDC成分が重畳されます。オペアンプの
型番によってはオフセット電圧が小さいものがありますし、同じ型番でも個体バラ
ツキがあります。回路シミュレーションに使われているオペアンプのモデルにもオ
フセット電圧が組み込まれていますが、その値はモデルによってまちまちです。
データシートに書かれている範囲以内であるのは間違いないですが、実際にどうい
う値になっているかは、オペアンプのモデル（SPICEモデル）を見るしかありませ
ん（Tina-TIのSPICELIBフォルダに入ってます）。

しかし、添付図の結果にはやや怪しい点があります。というのは、オープンループ
状態でのオペアンプのDC電圧に対する増幅率は極めて大きい（10万倍から100万
倍）ので、入力信号がない状態でも、オペアンプのオフセット電圧が増幅されて、
通常は、出力電圧が＋側か－側に張り付いてしまうからです。

OPA277の場合、データシート
（http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/opa2277.pdf）3ページの Input
Offset Voltage の項目がオフセット電圧です。これがtyp（典型値）では 10μV
と書かれています。 10μV のオフセット電圧はオペアンプとしては非常に小さい
部類に入りますが、これが10万倍されると1Vに、1000万倍では10Vになります。
OPA277のオープンループ利得はデータシートの3ページの Open-Loop Voltage Gain
に書かれていますが、最低値（MIN）で 126dB（200万倍）あります。したがって、
オープンループ状態では、入力信号がない状態でも、オペアンプのオフセット電圧
が増幅されて、出力電圧が＋側か－側に張り付いてしまいます（オペアンプのオフ
セット電圧は個体バラツキによって、＋のときも－のときもあるので、飽和出力電
圧の符号も＋か－かのどちらかになります）。

この続きは次に投稿します。