オペアンプの偏った電源構成についての理解と応用

オペアンプ（演算増幅器）は、一般的には+電源と-電源を持つ両電源タイプがよく使われます。しかし、質問者が挙げたように、片側電源ともう片側に偏った電源構成を採ることは可能なのでしょうか？この記事では、偏った電源構成が使用される場面や回路の例について解説します。

1. オペアンプの基本的な電源構成

オペアンプは通常、両電源タイプと片側電源タイプが存在します。両電源タイプでは、+12Vと-12Vなど、絶対値が同じ電圧を使用しますが、片側電源タイプでは、+12Vや+15Vなどの一方的な電源と、グランド（0V）を使用することが一般的です。

この基本的な電源構成は、回路が必要とする信号の範囲や応答速度、消費電力などに基づいて選ばれます。通常、絶対値が同じ電圧が使用されるのは、オペアンプが両電源に対して対称的に動作するため、最大出力信号幅を確保するためです。

質問にあるように、+12Vと-5Vという偏った電源構成が使用されるケースはあります。これは、特定の回路設計やアプリケーションでの要件に応じて選ばれることが多いです。例えば、片側電源のみを必要とする場合や、出力信号が一定の範囲内に収束している場合に利用されます。

特に、低消費電力設計やバッテリー駆動型の機器などでは、効率を高めるために片側電源を使用することがあります。また、信号のセンターをグランド付近にしたい場合や、特定のシステムにおいてノイズを低減したいときに、偏った電源が効果的に働きます。

偏った電源構成が実際に使用される場面としては、特定のアナログ回路やセンサー回路などが挙げられます。例えば、バイポーラトランジスタを使った回路や、モノリシックアンプなどでは、片側電源が有効です。また、バッテリー駆動のポータブルデバイスでも、効率やサイズの観点から偏った電源が選ばれることがあります。

これらの回路では、オペアンプの出力がグランド近くに収束し、入力信号が常に一定の範囲内で動作するように設計されていることが多いです。そのため、負電源が不要な場合には、片側電源の設計が適しています。

片側電源と両電源を使い分ける基準としては、回路の応答速度や動作範囲、消費電力、設計の簡便さなどが挙げられます。例えば、単純な信号処理やオーディオ機器などでは、片側電源を使って設計を簡素化することができます。

一方で、精密な増幅や高精度のシステムでは、両電源のほうがオペアンプの動作を安定させるため、両電源が選ばれることが多いです。両電源は、信号の振幅範囲が広く、オペアンプの出力がより大きくなるため、特定の用途においては有利となります。

オペアンプにおける偏った電源構成は、特定の回路設計や製品で有効に使われています。+12Vと-5Vなど、片側に偏った電源を使用することで、効率的で簡便な設計が可能となります。これらは、消費電力を抑えつつ、必要な性能を発揮するために選ばれるケースが多いです。

また、片側電源と両電源の使い分けは、回路の要件や設計の複雑さに応じて行われ、適切な選択が求められます。製品の用途や特性に合わせて、最適な電源構成を選ぶことが重要です。