OPアンプとは何か ―― その働きと役目を知る

宮崎 仁

tag: 半導体 電子回路

技術解説 2010年5月14日

●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.

 

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