オペアンプ積分器とは?
おぺあんぷせきぶんき
オペアンプ積分器とは、オペアンプとコンデンサを組み合わせ、入力電圧の時間積分に比例した出力電圧を得るアナログ回路です。
オペアンプ積分器(Op-Amp Integrator)は、演算増幅器(オペアンプ)の帰還素子として抵抗の代わりにコンデンサを用いた反転増幅回路です。入力側には抵抗を接続し、帰還側にコンデンサを置く構成(ミラー積分器とも呼ばれる)が最も一般的です。
動作原理はコンデンサの電荷蓄積特性にあります。オペアンプの仮想短絡(バーチャルショート)により、入力抵抗を流れる電流がそのままコンデンサに流れ込み、コンデンサ電圧が時間とともに積み上がります。出力電圧は入力電圧の時間積分(の符号反転値)に比例します。式で表すと、出力 = -(1/RC)× ∫入力 dt となります。
主な用途は以下のとおりです。
- アナログコンピューターでの微分方程式解法
- 三角波・のこぎり波などの波形生成(矩形波を積分して三角波を得る)
- PID制御回路の積分(I)項の実装
- アナログフィルタやシグマデルタ変調器の構成要素
実用回路では直流オフセットの蓄積によりコンデンサが飽和する問題があるため、帰還コンデンサに並列で大きなリセット抵抗を入れる(実用積分器)か、スイッチで周期リセットする設計が一般的です。アナログ信号処理の基本回路として、電子工学教育でも頻繁に登場します。
使い方・例文
矩形波(方形波)をオペアンプ積分器に通すと三角波が得られるため、ファンクションジェネレーターや音響シンセサイザーの波形生成回路で活用されます。
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