ライター：miranda17jpさん（最終更新日時:2014/2/20）投稿日：2014/2/19
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図１は、電流帰還型オペアンプの増幅段の等価回路である。
【図１】
■電流帰還型オペアンプの入出力インピーダンス
この型のオペアンプには、（＋）端子の入力インピーダンスが高く、（－）端子側の入力インピーダンスが低いという特徴がある。
D1、D2はQ3、Q4にバイアス電流を流し、両BJTのベース電圧を信号電圧Vinに対して±Vbeにするためにある。
ダイオードの電圧降下は、約0.7Vで一定になっているので、無信号時(+端子の
電位0のとき）、ベースの電位が約0.7Vでおなじになるように、電流がQ3とQ4のベースに流れるのである。
Q3、Q4のコレクタにはバイアス電流ICが流れている。ここから、小信号解析をする。つまり、このバイアス点からの変化を考察する。このとき、どちらのBJTも、
Rπ = β/gm = β*Vt/IC
である。
まず、(-)端子はGNDで、(+)端子に正の信号電圧Vinが入力された場合について、見てみる。(+)端子の電位がVin上がるため、Q3、Q4のベースには、それぞれVin/Rπの電流が流れる。つまり、2*Vin/Rπの電流が流れる。よって、入力インピーダンスはRπ/2である。一般に、オペアンプの入力インピーダンスは∞とされていることからすると、さして大きくはないのだが、後述のように、(-)端子の入力インピーダンスよりは高くなる。
次に、(-)端子に信号電圧が入力された場合について見てみる。
(+)端子はGNDとする。この場合Q3、Q4はコモンベースとなるので、入力インピーダンスは1/gm、つまりVt/ICと小さくなる。
この電流帰還型オペアンプも、同相抵抗は、非常に高くなる。
今、Q3とQ4のベースに、(+) = (-)の電圧が入力されたと仮定する。
この場合、vbeは変化しないのだが、コレクタ電流がアーリー効果による影響で動くため、エミッタ－コレクタ間抵抗roは、
ro = VA/IC
となる。このアーリー電圧VAは、50～100Vほどの大きな値となるため、roは非常に大きい。
コレクタ-ベース抵抗が、
Rμ = β*ro
であるから、入力インピーダンスが非常に大きくなることが分かる。
■増幅の動作原理
Q3、Q4のコレクタは、カレントミラー回路で、Q3、Q4の電流はQ1、Q5によりQ2、Q6のコレクタ電流としてコピーされる。これにより、Q2、Q6のコレクタ抵抗が非常に高くなるので、電圧帰還型オペアンプ同様、Aを非常に大きくできる。入力インピーダンスは差動分では（＋）側は電圧型と同じくらいで、（－）側はその1/βと小さい。
よって、この型のオペアンプは、もっぱら負帰還をかけて使い、入力信号は(+)端子から入れて使う。つまり、非反転増幅器として使う。
■負帰還のブロック図
この回路を簡略化して上半分だけを書くと、以下のようになる。
【図２-１】
【図２-２】
この図をみると、結局、以下の知恵ノートで解析した回路とおなじ姿になることが分かる。
http://note.chiebukuro.yahoo.co.jp/detail/n253996
よって、
帰還率Hは、
H = R1/(R1 + R2)・・・①
R1//R2 = RTと置き、
icをVoutに変換する回路のトランスレジスタンスをRmとすると、
Vout = Rm*gm*Rπ/(Rπ + (1 + β)RT)*(Vin - H*Vout)・・・②
より、この回路の上半分の負帰還ブロック図は、
【図３】
とおなじになる。ただし、この図は「上半分」のブロック図である。
これが、２つ並列なので、ブロック図は以下のようになる。
図２ではQ3のVbeが温度で変動するので、ｖ（＋）－ｖ（－）が一定でもQ3のコレクタ電流は変化してしまう。しかし、図１のようにすれば、D1とQ3、D2とQ4でこの変動を相殺するので、この問題を解消できる。
図２の回路では、Ｑ３のコレクタにバイアス電流を流すために、Ｑ３のエミッタに電流源を入れておかなければならない。この状態で、図１の回路と同じ動作をすることはできる。つまり、電圧ＮＦ型と同じに上下非対称でも実現できると思う。
しかし、これを上下対称にしたのが図１であり。コムリニア社の創始者のアイデアだった。こうすることで、電圧ＮＦ型ＯＰＡＭＰと同じように、２つの互いに逆向きに電圧変化するＶｂｅーＩｃの非線形抵抗を並列にしたことで、歪を小さくできるという効果もある。
【図４】
■反転アンプで使わない理由
図３より、
閉ループ応答(NF後の応答)vo/viは、
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この結果は、
http://www.adm.co.jp/download/mtb_23.pdf#search='電流...
の図１(b)に合う。(Rm → Tzとする)
ループゲインは、Rm/R2で、これが周波数特性を決める。R2は小さいほうがいい。通常ゲインは1以上なので、R1<R2である。
実際、R2はかなり小さくなることが多く、反転型アンプ構成では、INインピーダンスはR1なので、かなり小さくなってしまう。
よって、反転アンプとしては使われない。
NF構成後のIN抵抗が小さくなってしまう。周波数特性から、ループゲインを下げられないので、R2を大きくできない、よって、R1もさらに大きくできない。IN抵抗が小さいので、使えないというわけである。
■電流帰還型オペアンプはループゲインと閉ループゲインを別々に設定できる
電圧帰還型オペアンプでは、A/(1 + AH)であるために、ループゲインAHを大きくすると、負帰還後のゲインvo/viが下がってしまう。
しかし、電流帰還型では、
vo = Rm/RT
vi = 1 + Rm/R2
であるから、
vo/vi = {Rm(R1 + R2)/(R1*R2)}/(1 + Rm/R2)
すなわち、A = (Rm/R2)*(R1 + R2)/R1、H = R1/(R1 + R2)
より、AH = Rm/R2
だから、ループゲイン Rm/R2と、ゲイン vo/vi = 1 + R2/R1
を別々に設定出来る利点がある。
ループゲインをできるだけ大きくしようとする使い方が、この型のOPAMPでは通常であるので、R2はは小さなものとなり、したがってR1も小さな値となる。
