両電源回路を片電源回路に変換する方法
1.1 電源と単一電源
すべてのオペアンプには 2 つの電源ピンがあり、ドキュメントでは通常 VCC+ および VCC - と表記されていますが、VCC+ および GND というラベルが付いている場合もあります。これは、データマニュアルの作成者の中には、このラベルの違いを単電源オペアンプとデュアル電源オペアンプとで区別しようとする人がいるからです。ただし、これはそのように使用しなければならないという意味ではありません。他の電圧でも動作する可能性があります。オペアンプがデフォルト電圧で駆動されていない場合は、オペアンプのデータマニュアル、特に絶対最大電源電圧と電圧スイングの指示を参照する必要があります。
アナログ回路設計者の大多数は、図 1 の左側の回路のような二重電源電圧条件下でオペアンプを使用する方法を知っています。二重電源は、正電源と同電圧の負電源で構成されます。一般的には、正または負の 15V、正または負の 12V、正または負の 5V が一般的に使用されます。入力電圧と出力電圧は、正と負の電圧の最大振幅 Vom と最大出力振幅を含め、両方とも基準グランドによって与えられます。
単電源回路のオペアンプの電源ピンは、正電源とグランドに接続されます。正の電源ピンを VCC+ に接続するか、グランドまたは VCC - ピンを GND に接続します。正電圧を半分に分割し、仮想グランドとしてオペアンプの入力ピンに接続します。このとき、オペアンプの出力電圧も仮想接地電圧となります。オペアンプの出力電圧は仮想グランドを中心としており、振幅は Vom 内にあります。一部の新しいオペアンプには、2 つの異なる最大出力電圧と最小出力電圧があります。このタイプのオペアンプのデータ マニュアルでは、Voh と Vol が具体的に指定されています。多くの設計者は、入力電圧と出力電圧を参照するために仮想グランドを何気なく使用していることに注意してください。ただし、ほとんどのアプリケーションでは、入力と出力は基準電源グランドに基づいているため、設計者は入力点と出力点に DC 絶縁コンデンサを追加して、仮想グランドとグランド間の DC 電圧を絶縁する必要があります。
通常、単一電源によって供給される電圧は5Vであり、オペアンプの出力電圧振幅はこれより低くなります。さらに、オペアンプの現在の電源電圧は 3V 以下にすることもできます。このため、単電源回路で使用されるオペアンプは、ダイナミックレンジの損失が無いRail To Railオペアンプが主流となっています。入力、出力ともにRail To Railの電圧に耐えられない場合がありますのでご注意ください。デバイスはレール to レールとして仕様化されていますが、オペアンプの出力または入力がレール to レールをサポートしていない場合、電圧が入力または出力の電圧制限に近づくと、オペアンプの機能が低下する可能性があります。したがって、データマニュアルをよく参照して、入力と出力の両方が Rail to Rail であることを確認する必要があります。これは、システムの機能が低下しないようにする設計者の義務です。
