今までの記事で、オペアンプには様々な使われ方があることを説明してきました。(発振回路、比較器、A-D変換など)まだまだ他の使い方はありますので、本記事でも引き続き紹介していきます。オペアンプは、足し算、引き算の使い方をすることができます。

比較電圧$E_r$とアナログ電圧を入力する構成に変わりありませんが、直列に繋がっています。また、オペアンプの間には、比較電圧側には抵抗が存在します。すると、どうなるでしょうか。比較電圧側は、下の段に行くほど電圧が下がります。よって、一番上の段では$v_i<E_r$で0(FALSE)だった出力が、どこかの段でTRUEになりそうです。

コルピッツ発振器増幅器(MOSFET)の先にコンデンサが並列に、コイルが間に直列に入っている回路です。与えられた微小信号モデルにより、下記の等価回路に置き換えることができる。

発振条件の定義とは、下記になります。ループ利得AHが下記の2つの条件を満たすこと。発振条件：$Re(AH)>1$ (振幅条件とも言われる。)周波数条件：$Im(AH)=0$

まず、抵抗値が2RとRに分かれているのには理由があります。2Rと2Rの並列回路が存在するとき、合成抵抗がRになるためです。これを用いると、最下段の2R*2Rの並列抵抗をRに合成できます。(緑枠の領域)上位側の抵抗Rとくっつけると、また2R*2Rの並列抵抗が出来上がります。(ピンク枠の領域)

トランジスタ(またはMOSFET)をエミッタ接地(ソース接地)で多段接続し、電流利得を大きくした回路です。電流利得について、エミッタ電流増幅率を$\beta$とすると、接続した段数分だけ乗算して増えていきます。これを、問(1)を解くことで見ていきましょう。

カスコード回路とは、トランジスタを２つ直列に接続した回路です。ベースを接地し、下段のトランジスタに電圧を入力するのが特徴です。２つ直列に接続していることから、1つだけの場合と比較して電圧利得が大きい・・・と考えますでしょうか。実は、利得は微減します。ですが、メリットもあります。(3)で詳細に見ていきます。

図1,3のように、同じ回路を並列に接続し、異なる電圧源を入力。その電圧差を増幅する回路です。(電圧を足し合わせた場合の利得を考える場合は、同相利得と呼ばれます。)オペアンプを使用した場合もありますが、本問では、トランジスタとMOSFETを対象にします。

コレクタ電流$I_c$が大きくなった時、$R_2$の電圧降下が大きくなる。コレクタ電圧が小さくなり、ベースコレクタ間の電圧差が小さくなる。ベース電流$i_B$が小さくなるため、コレクタ電流$I_c=h_{fe}{i}_B$が小さくなる。以上のフィードバックがかかるため、安定になる。

$C_E$は、バイパスコンデンサと言います。$R_E$と並列に接地します。電圧利得を大きくする役割があります。(1)により、エミッタ下端に抵抗$R_E$を設定すると外乱に対して安定であることが分かりました。しかし、良いことだけではありません。電圧利得が低下してしまう課題があります。