オペアンプは、バイポーラトランジスタやC-MOSを用いてIC化されています。
直流増幅用で開発されたものですが、交流回路でも使用され、アナログでは大きな増幅ができる素子として、また、デジタルでは、論理演算増幅器として広く用いられています。
「オペアンプ」という名前を聞くと、何か難しそうに思ってしまう方も多いかもしれませんが、ここでは、主に、アナログ、直流、低電圧低電流の内容で、オペアンプがよく使われている、音響関連や交流、高周波、論理回路については、ほとんど触れていませんから、わかりやすいです。
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ここでは、LM358Nというオペアンプを使います
このLM358Nは、汎用オペアンプとよばれるもので、かなりラフな使い方ができて、このHPで使っている5Vの電源（単電源）で作動する、安価で使いやすい製品です。
ここでは数ページに分けて、オペアンプの基本回路や動作させた様子などを紹介します。
次のような基礎的な使い方がわかれば、応用するにも、とっつきやすいと思います。
1）オペアンプの簡単な紹介と単電源での使用について（このページ）
2）コンパレータの仕組みを見る（→こちら）
3）オペアンプの増幅回路（→こちら）
4）オペアンプを使った発振回路（→こちら）
私自身も専門家でないので、ここでの目標は、ともかく、「回路を組んで動作させること」です。
実際に基本回路を組んで、実際の電子工作にどのように使えるのかを考えながら説明していきます。 ヒントになりそうなことがあれば利用いただくといいでしょう。
単電源で使用できるオペアンプ LM358N
オペアンプの概要もあわせて見ながら、簡単に、このLM358Nについて見ていきます。
「オペアンプ」は、このような上左図の記号で表されます。
オペアンプは、入力ピンのプラスとマイナス端子に「なにか（例えば電圧）」を入れると、何かの内部処理をして、右側に何かの結果を出す … という感じの図になっています。
「論理記号」のような形なので、やはり「オペアンプは、アナログコンピュータのために開発されたもの」という感じですが、ここで、オペアンプを特殊なものと考えると使いにくくなるので、ともかく、安くて使いやすいトランジスタパッケージだと思っておいてください。
上右図はここで使う、LM358Nの外観です。
この形状をDIPといい、8つのピンをブレッドボードに挿して使用できますし、下で示すICホルダーを使って、ユニバーサル基板に回路を組むのも簡単です。
2つのオペアンプが入っていますが、最初は、片側の1つを使っていきます
外観写真のように、幅は1cm程度の小さな部品ですが、その中に2つのオペアンプが組み込まれています。
LM358Nの結線図
このLM358Nは、「汎用オペアンプ」に分類される、幅広い用途に使える、バイポーラタイプのICで、ラフに使える上に、単電源で使えるところが便利です。
この「単電源」については、後で説明しますが、多くのオペアンプは、プラス電源（普通に使っているもの）とマイナス電源（極性が逆のもの）の「両電源」が必要なものが多いのですが、この LM358N は、このHPで使っている 5Vの電源1つだけで作動します。（両電源で使用することもできますが、ここでは、説明しません）
このLM358Nは、バイポーラトランジスタのICですが、一般的に、オペアンプのIC構成は、「バイポーラ」と「C-MOS」のものがあります。
オペアンプICでは、C-MOS（FET）タイプの電圧制御、低消費電流という特徴を生かしたオペアンプのほうが製品が多いのですが、最初は、安価（＠50円以下）で使いやすいLM358Nを使っていきます。
このあとのページでは、オペアンプについて、バイポーラトランジスタでみてきたように、スイッチのような使い方の「コンパレータ」、「増幅作用」、「発振回路」などの基礎的なことをみていきます。
基礎事項では、オーディオアンプなどの交流分野は取り上げていません。
オペアンプに限りませんが、交流を扱うには、周波数特性を考えたり ノイズ問題や安定性などを考えないといけないので、別のページでオーディオ用のオペアンプを使った記事を紹介する予定にしていますが、ともかくここでは、電子工作に使えるような基本的な内容だけをみていくことにします。
ここで使うオペアンプLM358Nは驚くほど価格も安く、一連の実験中に、配線を間違って、変な電圧をかけてしまって、手でさわれないほどの発熱をさせたこともあったのですが、それでも破壊しないタフさがあります。
だから、気にせずにいろいろ試して使っていただくといいでしょう。
ブレッドボードへの取り付け
ブレッドボードに回路を組む場合は、このように、真ん中の溝の部分に直接挿して使います。
ただ、慣れるまでは、下にあるように、ソケット（コネクター）を使って回路を組んで、通電する前にICを差し込むようにするのが無難です。
IC部品を取り扱う場合は静電気対策が必須
ICのほとんどは、写真のように、購入時には黒いスポンジに挿してある場合が多いですが、これはICの静電気対策用の導電スポンジでなので、IC類を使わないときには、これに挿しておきます。
このオペアンプIC（LM358N）はバイポーラの汎用タイプなので、比較的ラフに扱ってもいいのですが、一般的には、MOS-FETを使ったIC部品類は、特に体に帯電する静電気で破損することもあります。
普段から、IC部品にふれる場合は、静電気除去をしてからふれる … ということを頭に叩き込んでおいてください。
除電の方法は、ICに触る前に、大きな金属や鉄製の窓枠などに触れるとまずOKです。ICを扱う直前に、「除電する癖」をつけておきましょう。
通電する前に、もう一度、LM358のピンの位置を確認しよう
ブレッドボードを使うと、簡単にパーツを抜き差しできることと、ピンの位置がわかりやすいのが利点です。
通常の配線で、ユニバーサル基板などに回路を組む場合は、ソケットを使って、はんだ付けなどで組み付けて、動作させるときにICを差し込むのですが、裏から見る場合には、間違いやすいので、絶えず、ピンの図を確認しながら作業するのが無難です。
もう一度、ピンの位置を示します。
もう一度、LM358Nのピンの配置図
ここでは、2つのオペアンプのうちの片側の1つだけを使います。
ピンの1・2・3のオペアンプ部分と、電源の4・8という5つのピンを使って、ICソケット（ピンを細工しています）を使う場合は、このような位置関係です。
回路の結線が終わってから、このソケットとオペアンプICの凹み位置を合わせて差し込みます。
慣れてくると、直接にオペアンプICを溝にさして使うようになってきますが、最初のうちは、このような細工したソケットを用意しておくと安全安心です。
わかりにくいオペアンプの電源（単電源・両電源）について
オペアンプを作動させるには、指定されたピンに所定の電圧を加えます。
ただ、一般的には、オペアンプに給電する電源表記は、「煩雑にならないように … 」という理由から、ピンの位置や電源電圧などの詳細が回路図に書かれていないことが多いので、最初のうちは、わかりにくいと思います。
このように、ピンの図には、「V+とGND」「V+とV－」などが表示されていますが、実際に、どのように結線してよいかがわかりにくいかもしれませんが、これは、慣れてくるとわかってきますので、心配しないでください。
ともかく、オペアンプを使う場合は、まず、オペアンプに、どのような電力（特に電圧）を供給するのかをデータシートやカタログで確認して、さらに、すぐに見ることができるようにしておきましょう。
確認するのは、単電源で使えるのか両電源が必要なのか、最大何ボルトまで使えるのか、どの端子に供給するのか … などです。（この、単電源、両電源は下で説明しています）
例えば、LM358Nのデータシートの「絶対最大定格」を見ると、「32V」となっています。
これは、単電源の0～32Vで使用できるということで、このHPで使っている「5Vの電源」を使うことはOK … というようなことが、徐々にわかってきます。
仕様に、「±15V」と書いてあれば、単電源ではなく「+15Vと－15Vの両電源が必要なオペアンプ」ということです。
また、オペアンプは、電源電圧以上の電圧が取り出せないので、5Vの電源では、5V以下の電圧しか取り出せないのですが、この5Vでも、いろいろなことができるので、必ずにも、高い電圧を加えないといけないということではなく、仕様の範囲の電圧で使えばいいということです。
電源電圧まで出力する特殊なオペアンプもあります。（これは「レールツーレール」とよばれます）
回路図には、電源の表記がない場合がほとんどです
繰り返しますが、回路図には電源について示されているものもありますが、普通は「表記されていない」と思っておいてください。
電源や入出力端子などは、データシートのピンの配置図をたえず確認しながら配線していきます。
慣れるまではわかりにくいですが、何回か使うと、慣れてきます。
上に3つのオペアンプICのピンの位置図をみると、2つ目のLM358N以外は、＋と－ の表示があるので、両電源で動作させるオペアンプということですね。
両電源と単電源について
ここで使う「LM358N」は「単電源」でも「両電源」使うことができますが、「単電源」のほうが簡単ですので、「両電源」での使い方はしませんが、一般的には、両電源のオペアンプが多いので、このことを知っておくと良いでしょう。
知っている方は「当然なこと」と思われているかもしれませんが、この「オペアンプを動かすための電源」については、最初、私も全くわからなかったので、あえてこれを取り上げています。（余談ですが、私の息子は、高校でオペアンプの実習をしたらしくて、「当然」のように知っていました）
もちろん、これについても、オペアンプのデータシートのピンの配置図で確認します。
ピンに、「V+」「V－」「GRD」などが書いてあります。
これが電源を接続する端子です。 ここにデータシートに指定された範囲内の電圧を供給します。
上の図の LM358N の場合は 「V+とGND」が書かれていますし、その他の型番では、「V+とV－」と書いてあります。
つまり、V+、V－ とあるのは、「両電源」が必要なオペアンプだということです。
両電源は3つの端子（プラス端子、マイナス端子、GND端子）
この「両電源」とは、プラスとマイナスにGNDが加わったもので、例えば「5Vの両電源」と言えば、＋5Vと－5VとGND の3つの端子が必要になります。
でも、上の両電源のオペアンプの端子の図を見ると、GNDの端子が書かれていませんね。
実は、これも、暗黙の約束事で、書かれていなくても、上の図のような回路にして使います。
両電源は、専用の電源やモジュールなどが販売されています。
簡単な方法は、普通の電源が1つの「単電源」なので、それを2つ用意して、極性を変えて「両電源」にして使えばいいのですが、これについては、必要な場合には、記事の中で紹介します。
両電源の電圧は等しい正負の電圧のものを用います。 そして、例えば+12Vと－12VとGNDをつかいます。
プラスのもう一方はマイナス端子ではなく、GND端子ですから、マイナスの反対側もGNDということになります。（上図のようになります）
両電源のピン配置図が示されていても、V+とV－とGNDが示された図とGNDが書かれていない図があり、また、オペアンプの端子にGND端子がない場合には、プラスとマイナスの反対側は回路に共通のGND（アース）につなぎます。
このように、文章で書くとわかりにくいのですが、上に示した図のようにして使います。
これは慣れて覚えていくしかないようです。
さらに、次に説明するように、回路に書かれていなくても、品質の良い電源を供給するのが無難なことから、「少なくとも、0.1μFのパスコン（バイパスコンデンサ）をつける」 … という、暗黙の約束事なども、覚えていきましょう。
（注）実用回路では、ノイズ対策は必要ですが、このHPの実験では、ノイズ対策は省略しています。
オペアンプに加える電源の「質」が重要
オペアンプは大きな増幅ができる反面、予期しない発振が起きたり、電源から出る、わずかな雑音を増幅してしまう恐れがあります。
そのための対策では、電源にコイルやコンデンサ（パスコン）を入れて、それらを事前にできるだけ除去しておく対策をしておくことを心がけます。（それでもダメなこともあります）
コイルについては、発振の周波数に合ったものを使わないといけないので、インダクター値を決めるのは難しいのですが、少なくとも、下のように、コンデンサによるノイズ対策は忘れないようにしてください。
（注）このHPの内容は試験的なものなので回路図中にはいれていませんが、実用回路では必須です。
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