OPアンプとは何か ―― その働きと役目を知る

●入力の電圧差が0のとき，出力はあらゆる電圧をとれる

　増幅率が無限大といっても，OPアンプに無限に大きい電圧を出力させたいわけではありません．入力の電圧差が0になれば，増幅率が無限大でも有限の電圧を出力できます．これは，式(1)のグラフを考えれば分かります．

図3　OUT =A×（IN+－IN-）のグラフ

　図3のように，式(1)は原点を通る傾きAの直線であり，A→∞とすればx＝0（すなわちy軸）になります．このグラフでは，すべてのyの値（有限値と正負の無限大）にx＝0という一つの値が対応します．電圧は連続量ですから，出力OUTが-∞から+∞まで（あるいは+∞から-∞まで）遷移する間に，あらゆる有限値を通過することになります．

　もちろん，このときyの値はxからは決まりません．理想のOPアンプでは，IN+＝IN-としただけでは出力値が不定になります．しかし，負帰還をかければ別の要因で出力値が確定します．

　また，現実のOPアンプICの出力電圧は，どんなに大きくても電源電圧以内で頭打ちになり，+∞や-∞にはなりません．しかし，もともとOPアンプに無限に大きい電圧を出力させたいわけではないので，回路でごく普通に必要となる信号電圧を出力できれば，問題ありません．

　なお，IN+－IN-＝0のとき式(1)はOUT＝∞×0の形になります．このような代数演算はできませんが，極限演算で考えれば，図3と同じようにあらゆる値を取る不定形になります．