電気/電子回路オペアンプ (歴史)

オペアンプの歴史は真空管の時代に始まり，今日まで続いています．今日のオペアンプユーザーは，集積回路 (IC) のオペアンプの歴史に多少は精通していますが，非 IC ソリッドステートオペアンプには慣れている人はほとんどいないでしょう．真空管型のオペアンプの起源に精通している人はごくわずかです． 本書では，オペアンプの起源と進化の仕方だけでなく，最初にオペアンプの起源をもたらした主な要因も説明します．

オペアンプに関わる技術開発は，20世紀の初めに遡ることができます．この世紀のごく初期に2つの重要な発明がありました． 最初のものは増幅器ではなく，1904年に特許を取得した J. A. Fleming の「フレミングダイオード」 (図1) と呼ばれる真空管で造られたの整流器 (二極管) です．プレートが正にバイアスされている場合，フィラメント (陰極) から放出された電子はプレートに到達します．逆に負にバイアスされている場合には，電子はプレートに到達しません．このように，一方向のみに電子 (電流) を流すことができるので，交流を整流することができます．この特許は、19世紀後半のフレミングの初期の研究の集大成でした．

2つ目は増幅に密接に関連するもので，「Audion」という Lee De Forest の三極管の発明 (1906年) です (図2) ．これは，信号を増幅することができる最初のアクティブデバイスです．三極管はフィラメントとプレートの間に制御グリッド電極を追加したものです．この真空管を使うと，アンプ (増幅器) を作ることができます．20世紀初頭のこれらの真空管にはいくつかの欠点がありましたが，近代的なエレクトロニクスの世界が生まれ，これ以降，重要な発明が続きました．

1920年代後半から30年代初頭のベル研でのフィードバックアンプ原理の発見が，オペアンプの真の意味での最初の発明につながりました．この画期的な発明は真空管オペアンプ (図3) の第一段階で，1940年代初頭から第二次世界大戦まで続けられます．

第二次世界大戦後，真空管オペアンプの回路は改善され，洗練されました．しかし、このオペアンプは大型でかさばり，比較的大きな電力を必要とするデバイスです．それ故，真空管オペアンプは，1950年代から1960年代にかけての小型化された固体オペアンプ (図4) に置き換えられました．

オペアンプ進化の歴史の最終段階は，1960年代半に現れた IC (集積回路)型のオペアンプです (図5, 6) ．IC 技術が確立された20世紀後半には，開発はとても急速に進み，オペアンプの性能はとても向上しました．

Black のフィードバックアンプの基本は，全体的なゲインを下げるが，出力の一部を入力に戻すことにあります．これを適切に適用すると，結果として生じる増幅器は利得安定性の向上，帯域幅の拡大，低歪み，および有効に変更されたステージ入力および出力インピーダンスを提供します．Black の基本的なフィードバックアンプシステムのブロック図7に示します．順方向ゲイン記号は Black の「μ」は今日では通常「A」に置き換えられていることに注意してください．そのように使用されるように，フィードバックネットワーク β は、増幅器の全体的な伝達表現を定義する．このように，いくつかの受動部品，通常は抵抗器または時には無効ネットワークがこのシステムの利得および周波数応答特性を設定します．