オペアンプの原理

オペアンプ（Operational Amplifier）とは、演算増幅器というIC（集積回路）の一つです。
今回はオペアンプの原理について説明します。

オペアンプは信号の増幅・ノイズの除去・演算など、回路によって様々な目的に使用できる高性能な増幅回路です。
理想増幅器に近い特徴をもっており、入力インピーダンスが大きく、出力インピーダンスは小さいこと、増幅度が大きいこと、広い周波数帯で使用できることがあります。
回路図では下記の記号で表すことが多いです。

入力端子が2つと出力端子が1つあり、入力端子は＋が非反転入力、−が反転入力といいます。

覚えておきたい点として、オペアンプは負帰還回路を構成するときに「仮想短絡（バーチャルショート）」と呼ばれる状態になります。
仮想短絡は、入力端子の＋と−が実際に短絡してはいないのに同じ電圧になることで起きます。
下の図を例として説明します。

オペアンプは、入力端子＋と−が0になるような出力を常に探る基本的な機能を持っています。
そうであるならば、＋はアースしているので０Vです。このとき、オームの法則を用いるとa点には1Aが流れます。入力端子−が0になるためには10Ωの抵抗に1A流れれば良いですから、Voutが-10Vになるようにオペアンプは動作します。
このような回路によってオペアンプの増幅機能が働くのです。

Voutが負の符号になるものを反転増幅回路、正の符号になるものを非反転増幅回路といいます。

オペアンプは電子回路の基本の一つですから、特徴や動作をしっかり覚えておきましょう。