オペアンプ/コンパレータ相違点と共通事項

オペアンプとコンパレータはどう違うのですか。

基本構成は同様ですが、次のような相違があります。

	オペアンプ	コンパレータ
基本動作	増幅	比較
入力信号
出力信号
出力段の構成	プッシュプル	オープン・コレクタ/ドレイン
特徴	発振しにくい	増幅動作では発振する
位相補正コンデンサ	内蔵(負帰還で発振させないため)	内蔵せず(負帰還で使用せず)
パルス応答特性比較	遅い(スルー・レートで定義)	速い(50%出力遅延で定義)

使用しないオペアンプ、コンパレータに対する空端子処理方法が両者では異なります。どのような理由に依るのでしょうか？

使用しないオペアンプ及びコンパレータの動作を安定化し(同一パッケージ内の)他オペアンプ、コンパレータに影響を及ぼさない様にする目的は両者とも同じです。
そしてその安定化方法として回路の違いからオペアンプでは負帰還にて安定化が可能なボルテージ・フォロワ形式を推奨し、コンパレータでは入力電圧を固定化することで出力の安定化が図れることから入力電圧の固定化を推奨しています。



■関連FAQ

• オペアンプ：複数チャネル内蔵で、使用しないオペアンプの処理は？
• コンパレータ：複数チャネル内蔵で、使用しないコンパレータの処理は？

(2007/01)

オペアンプ/コンパレータの「一般用」と「通信工業用」との違いは？

ご使用に際し「一般用」は民生機器等に向け推奨をし、「通信工業用」は産業機器等に向け推奨をしています。「通信工業用」は搭載セットが厳しい環境下にて使用されると考えられますので、動作周囲温度を「一般用」より拡張しています。更に「通信工業用」は検査項目によっては全数検査を行っています。

	(例)　単電源デュアルオペアンプ
		一般用(UPC358G2)	動作周囲温度：-20〜+80℃
		通信工業用(UPC1251G2)	動作周囲温度：-40〜+85℃

(2005/09)

定格電源電圧（V^＋−V⁻）とは？

V^＋端子とV⁻端子の間に印加できる電源電圧の最大値です。たとえば、定格電源電圧が最大36Vの場合、次の電圧まで印加できます。
2電源で使用時：±18V（非対称でもよい）
単電源で使用時：＋36V



オペアンプにはGND端子がないので、この場合は、2電源／単電源いずれでも、V^＋とV⁻の端子間の電圧は36Vです。ただし、電源の逆接続は、破壊を起こす可能性があります。

定格入力電圧とは？

特性劣化や破壊を起こさずに、入力端子に印加できる電圧範囲です。
電源ON/OFF時などの過渡状態も含めて、定格を越えないようにする必要があります。
また、オペアンプやコンパレータが正常動作する入力電圧は、電気的特性の同相入力範囲内です。
なお、通常のオペアンプやコンパレータの定格は、V⁻−0.3V〜V^＋＋0.3Vですが、単電源の場合には、電源OFF時にも入力電圧の正電圧印加が可能です。個別データ・シートで、絶対最大定格を参照してください。

全損失（P_T）とは？

常温（T_A=25℃）で正常動作を保証しながら、ICが消費できる最大電力です。全損失は、チップのジャンクション温度の最大値（通常は保存温度T_stgの上限と同一）と、パッケージの熱抵抗で決まります。
動作周囲温度が高くなると、全損失が低下するので、P_T−T_A特性（ディレーティング・カーブ）を参考にしてご検討ください。

熱抵抗とは？

熱の伝わりにくさのことで、単位電力あたりの、パッケージの上昇温度で表します（熱設計参照）。
特に規定のない場合、チップのジャンクション（PN接合部）温度（Tj）は保存温度の最大値です（オペアンプやコンパレータでは125℃）。
ジャンクションからパッケージ周囲までの熱抵抗Rth（j−A）は、データ・シートの絶対最大定格の値から、次の例のように求められます。



なお、熱伝導を電気の等価回路に置き換えると、次の図のようになります。

ディレーティング・カーブとは？

周囲温度の上昇に従って、消費できる電力を制限する必要があり、この熱設計をディレーティングと呼びます。ディレーティング・カーブとは、全損失（P_T）−動作周囲温度（T_A）特性曲線のことです。

8ピンSOPでT_A=＋80℃の場合（T_A=25でP_T=440mW, Rth（j−A）=227℃/W）
P_T=440−（80−25）/0.227=198mW

パッケージごとの特性図を次に示します。

備考　ディレーティング・カーブの斜線を延長すると、P_T=0でジャンクション温度の最大値（オペアンプやコンパレータでは125℃）となります。

入力オフセット電圧（V_IO）とは？

オペアンプでは、負帰還をかけたときの、＋入力と−入力の端子間の電圧差です。またコンパレータでは、比較電圧（スレッシュホールド電圧）の誤差となります。
理想的には0ですが、オペアンプでは入力段差動増幅回路の＋入力と−入力のトランジスタのV_BEに差があり、これが入力オフセット電圧となります。
実使用では、たとえばV_lO≦±5mVの入力オフセット電圧を持つオペアンプで、100倍のアンプを作った場合、出力に最大±5×100=±500（mV）の誤差が出ます。このため、微小入力信号を扱う回路では、入力オフセット電圧の小さい製品を選ぶか、外部でオフセット調整を行う必要があります。



測定方法：上記回路でV_INを0として、出力を100で割れば測定できます。このため測定回路は，次の図のようになります。

備考　2端子間の電位差なので、最大値は±の値になります。ただし，一般の参考文献などでは、±符号を省略して記載している場合もあります。

入力バイアス電流（I_B）とは？

入力端子に流れ込むか流れ出す電流のことです。入力端子は、トランジスタのベース（FET入力ではゲート）端子となっています。この入力トランジスタが動作するためには、ベース電流（I_B）が流れる必要があり、これが入力バイアス電流となります。実使用では、入力に高抵抗（R_IN）を入れた場合に、入力信号の誤差となって表れます。



たとえば、R_IN=1MΩ，I_B=100nAでは、0.1Vの誤差となります。このため、信号源のインピーダンスが大きいときには、入力バイアス電流の小さい製品を選ぶ必要があります。また、＋入力と−入力のバイアス電流の差が入力オフセット電流です。流れ込みか、流れ出しかは、入力段のトランジスタによって異なります。

注　Pch FETの入力のバイアス電流は、ゲート・リーク電流に相当するため、pA単位と小さいのが特長ですが、温度が10℃上がるとバイアス電流が2倍になります。

入力オフセット電流(I_IO)とは？

差動入力トランジスタのペア特性（h_FE,V_BE）が一致しないことから、オペアンプの出力電圧を0Vとしても、それぞれの入力端子に流入または流出する入力電流に差が生じます。この差電流を入力オフセット電流（I_IO）と言います。

I_IO＝｜I_B⁺−I_B^-｜



この異なる電流がオペアンプの入力に接続される信号源抵抗（R_S）を流れることにより生じる電圧降下はオフセット電圧を増加させる一因となります。

尚、入力オフセット電流が入力オフセット電圧と同じく出力値への誤差として影響する事例をインフォメーション「オペアンプの用語と特性」2.3　入力誤差項の影響に示しますのでご参照下さい。

同相入力電圧範囲とは？

オペアンプやコンパレータが、正常動作をする入力電圧の範囲です。同相入力電圧範囲を越えると、出力がV^＋かV⁻に飽和して正常動作ができなくなります。
uPC4558の例を次に紹介します。

同相入力電圧範囲の考え方
トランジスタが動作するには、V_BE（約0.7V）が必要です。



V^＋−V_ICM（＋）=V_F1＋V_CE（sat）≦1V （T_A=25℃）
V⁻−V_ICM（−）=V_F4＋V_F3＋V_CE（sat）−V_F2≦1V （T_A=25℃）

（1）同相入力電圧範囲を越えた場合



斜線部分が同相入力電圧範囲を越えた範囲で、uPC4558では出力がV^＋へ飽和します。

（2）電源電圧が変化した場合
V^±=±15Vのとき、データ・シートでは同相入力電圧範囲がTYP.±14Vとなっていますが、V⁻＋1V〜V^＋−1Vの範囲のことなので、電源電圧を下げれば同相入力電圧範囲も狭くなります。

寄生ダイオードとは？

等価回路には表しませんが、ICの構造上、PN接合で構成されるダイオードです。
バイポーラIC内部の、NPNトランジスタと抵抗の断面構造の例を次に示します。



サブストレート（P層）は電源の最低電位V⁻に、絶縁領域（N層）は最高電位V^＋に、それぞれ接続されます。したがって、各素子の電位がV⁻とV^＋の範囲を越えると、寄生ダイオードに電流が流れて、誤動作や特性劣化、破壊の原因となります。スパイク・ノイズなどに対しては、寄生ダイオードに逆電流が流れて保護ダイオードの働きをしますが、特性は保証していませんので、必ず絶対最大定格の範囲内でご使用ください。

オペアンプとコンパレータの内部では、次のように寄生ダイオードが構成されます。

基板に応力が加わると、特性は変動しますか？

はい、特に入力オフセット電圧が変動します。
半導体の外部から応力が加わると、ピエゾ効果で半導体の比抵抗が変化します。このため、基板に応力が加わると、実装しているICチップにも応力が加わって、オペアンプやコンパレータの入力部に使用している差動増幅回路の特性が変動します。特性の変動量は、基板の大きさや実装条件、応力の加わり方で異なるため、IC単体での評価基準はなく、実機状態での十分な評価が必要です。

オペアンプ及びコンパレータ製品において「標準品」と「ＤＣ項目選別品：オーダ名称の末尾に(５)を付加」とがあります。
「ＤＣ項目選別品」は「標準品」と何が異なるのでしょうか？

「ＤＣ項目選別品」は「標準品」と比較し入力オフセット電圧、入力バイアス電流等の電気的特性にて、より優れた性能を付与すべくより厳しい基準で選別を行った製品です。詳細はデータシートに記載する(両者の)電気的特性を比較しご確認下さい。

〔注意〕
上記(５)に対する内容は当社オペアンプ・コンパレータ製品に対して適用します。当社の他製品(オペアンプ・コンパレータ以外)では、別内容にて定めておりますのでご確認を頂けます様、お願いを致します。

(2006/08)

差動入力電圧（V_ＩＤ）とは

入力２端子間に印加できる最大入力電圧を規定するもので、いずれの入力端子を基準にとるかによって極性が正反対になることからプラス・マイナスの符号を付けて絶対値の最大を規定しています。
尚、この値以上の電位差を加えると、初段トランジスタの特性が劣化したり、破損したりすることがあります。

(2008/02)

過電圧入力に対する保護回路は、どのように設計すればいいのですか？

入力電圧がV^＋より高くなる場合と、V⁻より低くなる場合を考慮して、入力端子とV^＋、V⁻間をそれぞれ順方向電圧の小さいショットキィ・バリア・ダイオードなどでクランプしてください。寄生ダイオードの順方向電圧は、通常のシリコン・スイッチング・ダイオードと同等の約0.6Vです。この寄生ダイオードに電流が流れないように、順方向電圧の小さいダイオードで保護する必要があります。



通常のシリコン・スイッチング・ダイオードを外付け保護ダイオードとして使用する場合には、入力にシリーズ抵抗を挿入して、寄生ダイオードに流れる電流を約5mA以下に制限すれば、破壊は防止できます。ただし、誤動作の可能性がありますので、ショットキィ・バリア・ダイオードなどの順方向電圧の小さいダイオードの使用を推奨します。

SOPのパッケージ記号GとG2の違いは？

外形寸法が異なります。
JEITA（技術情報技術産業協会：旧EIAJ）の標準外形に準拠するために、1983年（昭和58年）に外形寸法を変更し、区分のためにパッケージ記号をGからG2に変更しました。なお、1984年4月以降に生産している製品は、すべてG2です。
外形寸法の相違点は、次のとおりです。



なお、G，G2の区分は、オペアンプとコンパレータだけに適用しています。

マガジン・ケースとテーピング品の包装仕様は？

包装を参照してください。

オペアンプ、コンパレータのバラ品はどの様な包装となるのですか？

パッケージがＳＯＰ及びＤＩＰの製品はマガジンによる包装を行っています。
ＴＳＳＯＰの製品はバラ品でのご提供は行っておらず、テープ包装のみでご提供しています。

尚、マガジン及びテープに関しては包装を参照して下さい。

(2007/01)

ロット番号の意味は？

製造時期と社内管理記号です。

現品の捺印表示は？

uPC4570,uPC324を例として、次に捺印概要を示します。
なお、鉛フリー品には、さらに点捺印が追加されます。詳細は、販売店にご確認ください。

（注１）	uPC4570C,uPC324Cの生産状況は販売店にお問い合わせください。
（注２）	uPC4570HAは廃止品です。