第三種電気主任技術者の過去問
令和2年度（2020年）
理論 問13

正解は「5」です。

演算増幅器および演算増幅回路に関する問題です。

演算増幅器はオペアンプと呼ばれています。

◆オペアンプについて

・小さな入力信号を大きな信号として出力する装置です。

・入力信号に増幅度（利得）をかけた値を出力します。

1．正しいです。

・汎用（両電源），単電源，CMOS，レール・ツー・レール等の電源が必要です。

2．正しいです。

・入力インピーダンスは非常に大きい値（理想 ∞［Ω］）となります。

・入力インピーダンスが非常に大きく電流が流れませんが，当該端子間は同電位となり仮想短絡（イマジナリーショート）の状態となっています。

・出力インピーダンスは小さい値（理想0［Ω］）となります。

3．正しいです。

・比較器は，コンパレータとも呼ばれ，2つの電圧を比較します。

・入力信号と出力信号を比較するため，オペアンプが使用されています。

4．正しいです。

・図1 は，正相増幅回路であり，図2は逆相増幅回路です

・正相増幅回路は非反転増幅回路と呼ばれ，逆相増幅回路は反転増幅回路と呼ばれています。

5．誤りです。（誤：R_S ０［Ω］R_F ∞［Ω］➡正：R_S ∞［Ω］R_F 0［Ω］）

・ボルテージホワロは入力インピーダンスが大きく，出力インピーダンスが低い特徴があります。

　よって，入力抵抗 R_S を∞［Ω］とし，出力抵抗 R_Fを0［Ω］にすると，ボルテージホロワとなります。

正解は5です。

1.→正しいです。
　演算増幅器には、2電源方式(正負2つの電源を使用する方法)と、単電源を使用する場合があります。

　2電源方式には、下記のような特徴があります。
　　・汎用性がある。
　　・電源は正負の「両電源」動作ができる。
　　・内部構造は、「バイポーラ」または「FET入力タイプ」である。
　　・発振等が発生しなく、安定に動作する。

　単電源には、下記のような特徴があります。
　　・内部構造は単電源動作が可能な「バイポーラ」である。
　　・レール・ツー・レール動作（電源電圧＋V_cc～-V_eeまでの範囲で動作）はしない。

2.→正しいです。
　理想の増幅器に近い特性は、下記のようなものとなります。
　　・入力インピーダンス：非常に大きい（無限大が理想）
　　・出力インピーダンス：非常に小さい（ゼロが理想）

3.→正しいです。
　コンパレータの端子構造は、オペアンプと同様の5端子（ +入力端子、−入力端子、正側電源端子、負側電源端子、出力端子）で構成されています。
　どちらか一方の入力端子を基準端子とし電圧を固定し、もう一方の端子に入力される電圧の差を増幅し出力する回路です。

　オペアンプとコンパレータの違いは、位相補償容量の有無です。
　オペアンプは負帰還回路を構成して使用するために、ICの内部に発振防止用の位相補償容量が必要となります。
　よってオペアンプをコンパレータとして使用する際は注意が必要です。

4.→正しいです。
　図1において、R_S＝∞、R_F＝0の時、R_Sの後ろの接続点は仮想的短絡の状態なので、「入力電圧＝R_Sの後ろの接続点の電圧」となります。
　これより、入力電圧V_in、出力電圧V_outとすると、下記のように考えることができます。

　　R_S × I_S = V_in
　　(R_S + R_F)× I_S = V_out

　よって、V_in ＝ V_outが成り立つため、正相増幅回路となります。

　図2において、R_S＝∞、R_F＝0の時、R_Sの後ろの接続点は仮想的短絡の状態なので、「入力電圧＝R_Sの後ろの接続点の電圧」となります。
　これより、入力電圧V_in、出力電圧V_outとすると、下記のように考えることができます。

　　R_S × I_S = V_in
　　−R_F× I_S = V_out

　よって、逆相増幅回路となります。

5.→誤りです。
　正相増幅回路の場合、R_S = ∞Ω（開放）、R_F = 0Ω（短絡）すると、ボルテージホロワです。
　ボルテージホロワは、オペアンプを用いた回路です。
　出力インピーダンスが高い信号源に低い負荷を接続する時、電圧源と負荷の間にボルテージホロワを接続し、電圧源の変化は負荷に伝わりますが、負荷の変化は電圧源に影響を及ぼさない目的で使用します。