問 題
演算増幅器及びそれを用いた回路に関する記述として、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
- 演算増幅器には電源が必要である。
- 演算増幅器の入力インピーダンスは、非常に大きい。
- 演算増幅器は比較器として用いられることがある。
- 図1の回路は正相増幅回路、図2の回路は逆相増幅回路である。
- 図1の回路は、抵抗RSを0Ωに(短絡)し、抵抗RFを∞Ωに(開放)すると、ボルテージホロワである。
解 説
この問題はやや難易度の高い問題です。特に(5)の「ボルテージホロワ」が出題頻度から見てかなりマイナーな用語であり、通常、このようなマイナーな選択肢は正解から除外しても大丈夫なパターンが多いのですが、今回は正解が(5)となっています。
よって、この問題は消去法で解くのが望ましく、あるいは捨て問題扱いにしてしまっても仕方ないと思います。ただし、捨て問題にする場合でも(2)は除外するべきで、さらに(1)や(4)も正解の候補から外せるとなお良いと思います。
演算増幅器は、その二つの入力端子に加えられた信号の差動成分を高い利得で増幅する回路です。演算増幅器の入力インピーダンスは極めて大きいため、入力端子電流はほぼ0とみなすことができます。
(1)に関して、演算増幅器は入力インピーダンスが非常に大きいので、－端子に電流が流入せず(RFを流れる電流がそのままRSに流れる)、＋端子と－端子の電圧は等しくなります。このように電圧差を0に保つのに電源電圧が必要となるので、(1)は正しい記述です。
(2)は上記で説明したように、演算増幅器の基本的かつ重要な特徴の一つです。よって、これも正しいです。
(3)で、比較器はコンパレータともいい、2つの入力信号を比較し、その大小関係に応じた出力を行うことができます。構造的に、演算増幅器が比較器の役割を果たすことができるため、(3)も正しいです。
(4)で、図1の回路のように入力電圧が＋端子のとき、出力電圧と入力電圧は同位相になります。そのため、これを正相増幅回路といいます。一方、図2の回路のように入力電圧が－端子のとき、出力電圧と入力電圧の位相は反対になり、これを逆相増幅回路といいます。よって、(4)の記述も正しいです。
(5)に関して、演算増幅器の＋端子を入力電圧とし、－端子と出力端子が直結していて電圧増幅度が1のまま(増幅しないで)出力するようなとき、この回路をボルテージホロワ回路といいます。
(5)の文章には「抵抗RSを0Ωに(短絡)し、抵抗RFを∞Ωに(開放)する」とありますが、これを図示すると次のようになります。
しかし、これでは「－端子と出力端子が直結していて電圧増幅度が1になる」に合いません。この条件に合うようにするためには、抵抗RS側には一切の電流が流れないように抵抗を∞にし、抵抗RFでは電圧のロスが出ないように抵抗をなくせばよいです。回路図で示すと次のようになります。
つまり、(5)の「抵抗RSを0Ωに(短絡)し、抵抗RFを∞Ωに(開放)する」が誤りで、正しくは「抵抗RSを∞Ωに(開放)し、抵抗RFを0Ωに(短絡)する」となります。
以上から、正解は(5)です。
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