単純な回路で実験してみる － ＯＰアンプのお勉強 －

２０２３／０６／２８（水曜日）　晴れ

　ジャンクボックスに「Ｃ７４１Ｃ」というＯＰアンプがありました。
　ずーっと昔のこと、直流増幅をする必要があってこのＩＣを入手したのですが、
その工作は失敗して以後ジャンプ箱に埋もれていたものです。
　私はいろいろなことに興味を持って手を出します。
　でも、工作実習は大好きですが学科は苦手・・・だから大体は失敗で終わります。
　
　今回のＯＰアンプ実験も「学科」でつまずいています。
   「反転」「非反転」「負帰還」「正帰還」ｅｔｃ・・・・・
　　参考書に記載されていた難しそうな回路を参考にしたのが「無謀」だったのです。

　　参考にした回路はこれです。（出典　ＯＰアンプ回路の設計（岡村廸夫 著　ＣＱ出版社））

  　

 

　難しそうな回路を省略して、実験回路を組みました。
　半固定抵抗器（ＶＲ）で変化する電圧をー（反転入力）、＋（非反転入力）に加えて、
Ｖｏｕｔ（出力）の変化を調べました。
　
　Ｖｏｕｔ（出力）は入力の設定値で急峻に極性が反転します。
　デジタルテスターで変化点を確認するのは難しかったのでＬＥＤの点灯変化で
確認しました。

　

上の回路図の可変抵抗器を調節してＯＰアンプ（７４１）の入力電圧を変化させます。
可変抵抗器を調節して電圧をデジタルテスターで計測しながらＶｏｕｔの変化を確認
しました。

 

 

ー入力（反転入力）の電圧を徐々に下げていきます。
その電圧が＋入力（非反転入力）の電圧を下回ると（＋入力の電圧が－入力の電圧より
高くなると）今までー極性だったＶｏｕｔ電圧が＋極性に変化します。

 

ー入力（反転入力）電圧を徐々に上げていき、やがて＋入力（非反転入力）の電圧を
超えると、今まで＋極性だったＶｏｕｔ出力がー極性に切り替わります。

 

 

その様子を図にしてみました。

 

ＯＰアンプの動作はフィードバック回路の制御でー入力（反転入力）と＋入力（非反転入力）の
電位差が常に「０」（イマジナルショート）に保たれることが基本だそうです。
この実験回路ではフィードバック回路はありませんのでこんな動作をするのでしょう。

確認できた波形は「コンパレーター」の出力に似ています。
ただ、－入力、＋入力の大小比較はわずかな差で出力が反転します。
閾（しきい）値の設定をできるようにしなくてはなりませんがその仕組みも難しそう・・・・

次は閾値の設定を勉強してみます。

コンパレータ―の実験 ― ＯＰアンプのお勉強 －

２０２３／０６／１７（土曜日）　晴れ

　オペアンプ（ＯＰＡＭＰ）の基本中の基本、反転増幅回路、非反転増幅回路は
何とか理解できました。（えっ、本当に理解したの？　怪しいなぁ・・・）
　参考書をめくっていくと「コンパレータとして」という項目がありました。

　

　これは何だか面白そうです。
　実験してみました。

　回路図をノートに書き写してそのとおりに回路を組みました。
　でも、手持ち部品には回路図どおりのものが無かったので、値が似通ったもので
間に合わせました。

 

　測定にはデジタルテスターを使いました。
　数値を読み取るにはデジタルは便利です。
　Ｖｏｕｔが「反転」したかどうかを検出するのには「アナログテスター」の
針の動きの方が確認しやすかったのですが、コンパレータ出力は「正電圧」と
「負電圧」を扱うので使用できませんでした。

 

　

　コンパレータが「正」側に振り切ったときは＋８.３３ｖを出力します。

「負」側に振り切ったときはー７.１８Ｖになります。
「正」から「負」に切り替わった瞬間のしきい値を計測しなくてはならない
のですが、その瞬間を判定するのがデジタルテスターでは難しかったです。

 

同じようなことを何度も繰り返してデータを記録していきました。

 

　得られたデーターを整理してまとめてみました。

 

　

 

　コンパレータの出力がＬｏｗ→Ｈｉｇｈに切り替わるときのＶｉｎ電圧と
Ｈｉｇ→Ｌｏｗに切り替わるときのＶｉｎ電圧に差があります。（約０.２ｖ）
　こういう動きを「ヒステリシス特性」というらしいですが、（昔、学校で
習ったよねぇ（もう忘れてしまったけど・・・）
　このヒステリシス特性はどの回路で実現しているんだろう？
　ＩＣの２番端子、３番端子間のダイオードかな？
　（このダイオードを取外して実験しましたが、ヒステリシス特性に変化は
ありませんでした。）

　Ｖｏｕｔ（７番ピン）から✙入力（３番ピン）への帰還？回路に工夫が
あるのかな？
　今度はそれを調べてみます。
                                                      （続く）

 

こんなＩＣがあった！ － ＯＰアンプのお勉強 －

２０２３・０６・１６（金曜日）　晴れ

　梅雨に入って天気は安定しません。
　今日は朝から晴れていい天気だなぁ・・・と思っていたら雷鳴が聞こえて曇りだし、
急に雨が降りって、しばらくするとまた晴れて強い日差しになりました。

　外は暑いし、部屋の中で作業しました。

　ジャンク部品のトランジスタを保存したＢＯＸの中にこんなＩＣがありました。

　そのＩＣの表面には　”７４１“　と書き込まれています。　

 

　これはもうはるか昔、直流増幅に使ったオペアンプ（ＯＰアンプ）です。
　でも満足に使いこなせなくて失敗して、ジャンク箱に押し込まれていたのです。

　今、レコーダーマニアの友人（音楽演奏会会場で音楽を録音したり、鉄道車両の中で走行音や
モーターの唸り音を録音したり、踏切の「カンカン・・・」という警報音を録音したり、
高原で囀る野鳥の鳴き声を録音したり、何でもかんでも録音して喜んでいる）の影響でオイら
も、「音」に関してちょっと興味を持ち始めました。
　（オイらはすぐ（他人（ひと））の影響を受けてしまうのです（笑い）。）

　「ＯＰアンプ」何ていうと測定器とかなんかで微小な直流信号を増幅するするものという
先入観を持っていました。
　それに＋、－の両極性電源が必要で使い方が難しそう・・・
　でも今はオーディオで何でもＩＣがメインでその中の回路はＯＰアンプみたいなものらしい
です。

　よーし、もう一度ＯＰアンプを勉強してみようと、実験を始めました。

　問題は両極性（正負）電源です。
　＋、－の電源を作るのも結構大変です。　でも、こんなものを持っていました。
　ちょこっとした電子回路工作用の電源として９Ｖのスイッチング電源を２個持っています。
　電流は１．３Ａ、安定化電源になっているので電圧は安定しています。　

　ただ、スイッチング方式なのでノイズが出ます。
　以前の実験のとき、バリキャップに鋸歯状電圧を加えて掃引発振回路を組み立てましたが
その電源のノイズでＦＭ変調がかかってしまい、失敗したことがありました。

 

これを使って＋９Ｖ、－９Ｖの正負電源を作りました。

　

 

本棚の隅っこで埃をかぶっていた参考書を取り出してきました。
各ページの用紙は茶色く変色していました。　ずいぶん時間が経ったんだなぁ・・・・

 

　先ず「使い方」から勉強です。
　「反転増幅回路」とか「非反転増幅回路」をノートに書き写し、回路を組み立てました。

　ありったけのテスターを動員です。
　入力、出力端子の電流、電圧を確認しました。

　
　左端のアナログと隣の大型デジタルはもう４０年ぐらい昔のものです。

 

反転増幅回路の増幅度です。

各入力値と出力値の比（増幅度）はＲｆ／Ｒｓのとおりでした。（当たり前か？（笑い））

　非反転増幅回路の増幅度は１＋Ｒｆ／Ｒｓです。

　Ｒｆ＝１０ＫΩ、Ｒｓ＝１０ＫΩでは２倍になるはず。
　Ｒｆ＝１００ＫΩ、Ｒｓ＝１０ｋΩでは１１倍です。

　結果はそのとおりでした。　
　

　うーん、なるほど・・・・・　ＯＰアンプっておもしろいなぁ・・・
　使い方もいろいろある。
　参考書を勉強していろいろ実験してみようと思っています。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　（　続く　）