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designideas
2004年10月号
電流源でオペアンプ出力を接地電位に近づける

フランク・チャン カナダ在住
Frank Chan  
 正電源のみでオペアンプICを動作させる場合、接地電位の入力信号に対して、出力信号がどのくらい接地電位に近いかが重要な特性になる。「LM324」は低電圧出力時の特性が高い、低コストのオペアンプICである。4個のオペアンプを搭載する。正電源のみで動作させても、接地電位にほぼ等しい電圧を出力可能だ。ただし、電流の吸い込み(シンク)能力が低いため、用途が限定されてしまう。例えば、出力電圧が0.5Vよりも低いときに吸い込める電流は2μ〜100μAしか確保されていない。
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 そこで、電流の吸い込み回路をオペアンプICに外付けする方法を提案する(図1)。出力電圧をmVのオーダーまで下げられる。バイポーラ・トランジスタのQ1とQ2、および抵抗R3で4mAの電流源を構成し、LM324の出力電流を吸い込んでいる。R4は負荷抵抗で、吸い込み電流の大きさを4mAに設定する。Q1とQ2は飽和電圧が低い品種を選ぶ。出力電圧(VOUT)の特性がQ1とQ2の飽和特性に依存するからである。今回は「2N2222」を採用した。
 この電流源を外付けすれば、入出力電圧の特性は22mVまで直線的に低下するようになる。図2図1の回路の入出力電圧特性を示した。出力電圧の最小値は、負荷電流(吸い込み電流)によって決まる。例えば、負荷電流を0.5mAに設定(R4を30kΩに変更)すれば、入出力電圧特性は4mVまで直線的に低下する(図3)
 図4は、図1の回路から電流源回路(Q1とQ2、R3)を取り除いたときの入出力電圧特性である。負荷抵抗R4は3.9kΩとした。電流源回路を付加すると、電流源回路がオペアンプICに対して一定の負荷として振る舞うわけだ。出力電圧が1Vより大きいときに電流源を切り離すような回路構成も可能である。オペアンプICに集積された残りの3個のオペアンプのうち、1個をコンパレーター(比較器)として利用すればよい。
「design ideas」への寄稿のお願い
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弊誌「EDN Japan」では、「design ideas」と呼ぶ1ページ前後のコラムを毎号6ページ〜8ページ掲載しています。これは、米EDN誌の「名物コラム」で、電子回路設計などの現場で働く電子技術者の皆様からのご寄稿により成り立っています。そこで半導体メーカーや電子機器メーカーの電子技術者のほか、大学などの研究者、一般の方(コンサルタント業務に携わる方など)の皆様からの「design ideas」へのご寄稿を募集します。
【記事内容】
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半導体製品に組み込まれた新たな回路の紹介。
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半導体/電子回路の性能を引き出す、あるいは部品の弱点を補う回路の提案。など。
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