オペアンプの基本構成とは？

オペアンプの基本構成とは？オペアンプの動作原理や回路設計の基本的な仕組みを解説。初心者向けにわかりやすく紹介します。

オペアンプ（オペレーショナルアンプ、演算増幅器）は、アナログ電子回路の設計で広く使用される基本的なコンポーネントです。オペアンプは、差動入力を持つ高ゲイン電圧増幅器として機能し、フィードバック回路を通じて特定の目的に応じた多様な応用が可能です。

オペアンプの主な構成要素

入力端子: オペアンプには通常、2つの入力端子があります。非反転入力端子（+）と反転入力端子（-）です。差動信号はこれらの端子間で発生します。

出力端子: オペアンプの出力端子は、入力信号に対して増幅された信号が出力される場所です。

電源端子: オペアンプは外部電源から適切なバイアス電圧を供給するための端子を持っています。これには、正の電源（V_cc）と負の電源（V_eeまたはGND）が含まれます。

理想的なオペアンプは以下のような特性を持っています：

無限大ゲイン: 入力信号の非常に小さな差異でも大きな出力を生成します。

無限大入力インピーダンス: 入力電流がゼロであることを意味します。

ゼロ出力インピーダンス: 出力からの電流供給能力が非常に高いことを意味します。

無限大の帯域幅: どんな周波数の信号でも正確に増幅できます。

オフセット電圧がゼロ: 入力差電圧がゼロである場合、出力電圧もゼロです。

オペアンプを用いたいくつかの基本的な回路について説明します：

反転増幅回路

この回路では、入力信号は反転入力端子に供給されます。出力電圧V_outは次のように計算されます：
\[
V_{out} = – \left(\frac{R_f}{R_in}\right) \times V_{in}
\]
ここで、R_fはフィードバック抵抗、R_inは入力抵抗です。

非反転増幅回路

この回路では、入力信号は非反転入力端子に供給されます。出力電圧V_outは次のように計算されます：
\[
V_{out} = \left(1 + \frac{R_f}{R_in}\right) \times V_{in}
\]

ボルテージフォロワー

この回路では、オペアンプの出力が反転入力端子に直接接続されています。出力電圧は入力電圧に等しくなります：
\[
V_{out} = V_{in}
\]

オペアンプはこれらの基本回路以外にも、多数の応用が可能です。フィルター、オシレーター、電圧比較装置など、多様なアナログ機器でオペアンプが不可欠な役割を果たしています。