オペアンプのダイナミック応答の検討（2） タイプ2補償回路の伝達関数：アナログ回路設計（1/8 ページ）

[Christophe Basso（ON Semiconductor France SAS），EDN]

　第1部では、タイプ2の補償回路の使用時にオペアンプの開ループゲインA_OLが及ぼす影響を示しました。分析をさらに進め、オペアンプの振幅と位相の観点で応答を詳細に観察すると、低周波および高周波の2つの極が存在することが分かります。狭帯域幅設計でこれらの極の存在を無視できる場合、広帯域幅システムでゲインと位相ブーストが必要になった時に、これらの極がもたらす歪みについて説明できなければなりません。

　この第2部では、2つの極の概要とそれらがフィルターの最終的な性能に対してもたらす歪みについて考察しながら、タイプ2の補償回路の伝達関数を決定する方法を説明します。

オペアンプに存在する2つの極

　安定性の理由から、オペアンプの設計者は「支配的な極による補償」と呼ばれる手法を実装しています。この手法では、低周波に1つの極を配置して周波数f_cでゲインが1（0dB）にロールオフするように設定し、ついで2番目の高周波に位置する極を配置します（通常は2f_cの地点を使用）。

図1：オペアンプの開ループ・ダイナミック応答を参照すると2つの極の存在が分かる

　図1に従来型オペアンプ「μA741」の特性を示します。この特性では、1MHzにクロスオーバー周波数、5Hz付近に低周波の極があり、2番目の極が約2MHzの地点に自動的に現れていることが分かります。この図は開ループゲインA_OLが106dBである製品の代表的な応答であることに注意してください。開ループゲインは高精度で制御されたパラメーターではなく、かなり大きく変動する可能性があります。データシートでは、全動作温度範囲（−55〜125℃）においてゲインが15k（83.5dB）から200k（106dB）まで変動すると規定しているため、離散が発生するとこの曲線が移動すると予測されます。

　図1に示したこの2つの極を持つ開ループ応答を次の簡単なラプラス式で表現できます。

　図2に示すMathcadプロットでこれが確認されます。

図2：オペアンプは低周波に位置する1つの極と0dBのクロスオーバー周波数を超える地点に配置される2番目の極を持つ