発振トラブル多し：I-V変換アンプの設計要点

実験キットとパソコンで学ぶアナログ電子回路教室

回路モデルの簡略化と影響


図1　フォトダイオードに光が当たると電流が出力される．この微小電流を電圧に変換するI-V変換アンプは，発振が起きやすい点に注意が必要．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．詳細は［VOD/Full KIT/data］実験キットとパソコンで学ぶAnalog Devicesアナログ電子回路教室

I-V変換アンプは光電流などの微小電流を電圧に変換する回路です．光がフォトダイオードに当たると電流が流れます．この電流を増幅する際に発振が起きやすい点に注意が必要です．

回路を等価モデルで表すと，電流源と接合容量，並列の高抵抗（GΩ以上）で構成されます．この接合容量や抵抗が回路の周波数応答に影響し，設計によっては発振の原因になります．

本来の回路を簡略化すると，次の構成で表現できます．

この構成により，接合容量と高抵抗が回路の位相に影響を与えます．特に高周波成分が存在すると，I-V変換アンプの出力に不安定なふるまいが現れることがあります．

発振を防ぐためには次の点に留意することが重要です．

シミュレーションを通して容量値を変化させ，応答の安定性を確認することが有効です．回路の応答が望ましい範囲に収まる容量値を選ぶことで，発振を抑制できます．

実験キットとパソコンを用いて，I-V変換アンプの動作確認が可能です．光電流を入力として接続し，波形観測を行うことで発振や応答の変化を確認できます．容量や抵抗の選定が出力に与える影響を直接観察できるため，設計理解が深まります．

以上の考え方を適用することで，発振トラブルを回避しつつ，安定したI-V変換アンプの設計が可能です．接合容量の理解とフィードバック設計が重要なポイントです．

〈著：ZEPマガジン〉