オペアンプの出力反転は、なぜ起きるのでしょうか？

オペアンプ

NJM4558シリーズと同様の入力回路形式を持つオペアンプは、「出力反転」と言う現象を生じる事があります。これは、入力信号がオペアンプの同相入力電圧範囲をV^-側に外れた時に出力電圧が急にV⁺側電源電圧に張り付く現象です。
同相入力電圧範囲を超えた信号を入力した時の出力信号は、Fig1のようになります。

Fig1 出力電圧反転現象

• 注1:実線は、NJM4558シリーズが出力電圧反転現象を起こした波形です。
  破線は、理想的な動作波形です。

出力反転現象を発生する理由は、Fig2で示しますように"Q5"と"Q6"がOFFする事により発生します。

Fig.2 NJM4558によるヴォルテージフォロワー回路
破線は、外部からの結線状態を表しています。

入力信号が同相入力電圧範囲をV^-側に外れた時は、出力BUFFER-AMPの入力は、"Q6"に接続されている定電流源によってV⁺電源側へ張り付きます。そして、出力はV⁺に近い電圧に張り付きます。

Fig3にNJM4558の入力電圧対出力電圧特性例を載せます。破線は、理想的な動作特性例です。実線は、実際の特性例です。低い入力電圧で、出力電圧が反転しています。この現象は、NJM4558シリーズだけでなくNJM2100シリーズも起こります。オペアンプの同相入力電圧範囲の規格内で動作させた場合は、このような現象を起こしません。
出力反転現象を起こした場合は、同相入力電圧が指定の規格値内で動作するようにアプリケーション回路を見直す必要があります。

Fig.3 Input Voltage VS. Output Voltage

• 注2:NJM4558の同相入力電圧範囲特性例 (入力電圧対出力電圧特性例)

両電源オペアンプを単電源で動作させた場合は、電源投入時に出力反転現象が一時的に表れます。よって、単電源オペアンプは、入力信号を最低電位であるGND電位もしくはV^-電位迄入力しても、出力反転現象を起こしません。
出力反転現象を起こす製品の代表製品名を以下に記します。

• NJM2140
• NJM2058
• NJM2059
• NJM2060
• NJM2068
• NJM2100
• NJM2115
• NJM4558
• NJM4558C
• NJM14558
• NJM4556A
• NJM4565
• NJM4580
• NJM4580C
• NJM8080
• NJM8065